電動隔離刀閘機械參數(shù)檢測裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電動隔離刀閘機械參數(shù)檢測裝置及其方法，通過采用增量式旋轉(zhuǎn)光電編碼器，將傳感器安裝在電動隔離刀閘機構(gòu)主軸上作為測量轉(zhuǎn)速的傳感器，得到電動隔離開關(guān)操作過程中的主軸角位移時間曲線；通過采用基于霍爾效應(yīng)的霍爾傳感器獲得電壓、電流、有功功率的數(shù)據(jù)；這兩種傳感器通過接口芯片MAX485與控制器進行數(shù)據(jù)通信。本發(fā)明提供的電動隔離刀閘機械參數(shù)方面的檢測方法，很好的解決了變電站現(xiàn)場環(huán)境，隔離開關(guān)關(guān)于隔離開關(guān)機械參數(shù)方面的檢測的難題，通過該參數(shù)的測試，就能準(zhǔn)確掌握隔離開關(guān)的缺陷情況，可以預(yù)測隱患的發(fā)展趨勢。
【專利說明】
電動隔離刀閘機械參數(shù)檢測裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于輸配電線路檢修工具領(lǐng)域，特別是涉及一種電動隔離刀閘機械參數(shù)檢測裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隔離刀閘是變電站的一種主要設(shè)備，也是變電站應(yīng)用最多的設(shè)備之一，數(shù)量龐大。隔離刀閘特別是母線隔離刀閘，既屬于開關(guān)間隔內(nèi)設(shè)備，也與母線相連，檢修母線隔離刀閘既要母線停電也要開關(guān)間隔停電，這就給檢修母線隔離刀閘帶來了相當(dāng)大的困難;所以隔離開關(guān)的檢修存在著一定的難度。
[0003]隔離開關(guān)操作機構(gòu)形式常用的有電動操作機構(gòu)和手動操作機構(gòu)。戶外隔離開關(guān)許多傳動環(huán)節(jié)直接暴露在大氣中經(jīng)受著日曬雨淋，平時操作次數(shù)不多，軸銷、軸承等傳動部位缺少潤滑和相對運動，因此其操作卡澀的的情況還是比較多的。對于帶手動操作機構(gòu)的隔離開關(guān)，可根據(jù)操作時的手感輕重來判斷有無卡滯現(xiàn)象。而對于帶電動操作機構(gòu)，由于機構(gòu)輸出力矩大，一般不易察覺早期的卡滯故障。隨著變電設(shè)備檢修方式的深刻變革，隔離開關(guān)也面臨著由定期檢修向“按需檢修”的狀態(tài)檢修CBM(Condit1nBasedMaintenance)或預(yù)知性檢修PM(Predict1nDiagnosticMaintenance)轉(zhuǎn)變。目前的檢修方式:在新建變電站，一般情況下都是等到全部接完二次線時，刀閘手搖至中間位置，然后進行遙控試驗。這種方法分時費力，一不小心造成電機燒毀。而在已運行變電站，更換電動刀閘或處理回路故障時，一般不能試驗，如完整試驗，需要母線停電，改變運行方式，造成不必要的安全隱患。如果有檢測隔離開關(guān)狀態(tài)的手段，尤其是隔離開關(guān)機械參數(shù)方面的檢測，就能準(zhǔn)確掌握其缺陷情況，可以預(yù)測隱患的發(fā)展趨勢，盡早提出防范措施和治理對策，本專利就是針對這一難點而提出的解決方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對前述的隔離開關(guān)現(xiàn)場檢修的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種電動隔離刀閘機械參數(shù)方面的檢測方法。本發(fā)明通過采用增量式旋轉(zhuǎn)光電編碼器，將傳感器安裝在電動隔離刀閘機構(gòu)主軸上作為測量轉(zhuǎn)速的傳感器，得到電動隔離開關(guān)操作過程中的主軸角位移時間曲線;通過采用基于霍爾效應(yīng)的霍爾傳感器獲得電壓、電流、有功功率的數(shù)據(jù);這兩種傳感器通過接口芯片MAX485與控制器進行數(shù)據(jù)通信。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:
一種電動隔離刀閘機械參數(shù)檢測裝置，包括旋轉(zhuǎn)光電編碼器、霍爾傳感器電路、接口芯片MAX485和控制器，所述的旋轉(zhuǎn)光電編碼器與霍爾傳感器電路連接接口芯片MAX485，接口芯片MAX485連接控制器;所述的旋轉(zhuǎn)光電編碼器由光電編碼器、信號處理電路和加減計數(shù)器組成;所述的霍爾傳感器電路由霍爾傳感器和輸入單元HSH組成。
[0006]基于上述裝置，電動隔離刀閘機械參數(shù)檢測方法包括如下步驟:
第一步，將增量式旋轉(zhuǎn)光電編碼器安裝在電動隔離刀閘機構(gòu)主軸上作為測量轉(zhuǎn)速的傳感器，得到電動隔離開關(guān)操作過程中的主軸角位移數(shù)據(jù)；
第二步，將主軸角位移數(shù)據(jù)繪制成主軸角位移時間曲線；
第三步，通過觀察主軸角位移時間曲線得到特定的機械參數(shù)。
[0007]信號采集命令發(fā)送給旋轉(zhuǎn)光電編碼器，選裝光電編碼器采用圓光柵，通過光電轉(zhuǎn)換將軸旋轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號判斷正負(fù)方向，然后通過加減計數(shù)器對A、B兩路信號計數(shù)，能得到角位移的增(減)量。從旋轉(zhuǎn)光電編碼器輸出的兩路正交脈沖，經(jīng)光電隔離后，經(jīng)過與或、與非電路實現(xiàn)了正交信號處理。利用3片4029組成12位加減計數(shù)器，輸出10位二進制編碼，其值與角位移相對應(yīng)?？刂破饕砸欢ǖ牟蓸宇l率讀取這10位結(jié)果，得到隔離開關(guān)操作過程中的主軸角位移時間曲線Q(t)。
[0008]本發(fā)明中的應(yīng)用于隔離刀閘的機械參數(shù)檢測方法的增量式旋轉(zhuǎn)光電編碼器主要包括:光電編碼器、信號處理電路和加減計數(shù)器組成。
[0009]對于電壓、電流信號，控制器發(fā)送信號采集命令給霍爾傳感器，霍爾傳感器回饋控制器采集信號，控制器通過輸入單元HSH測算出周波頻率，由此得到采樣保持器的控制頻率，控制器通過對一個周期T進行32點頻率采樣，把時域內(nèi)采集到的電壓、電流信號通過傅氏算法直接獲得電壓、電流、有功功率。
[0010]本發(fā)明中的應(yīng)用于隔離刀閘的機械參數(shù)檢測方法的霍爾傳感器主要包括:霍爾傳感器和輸入單元HSH。
[0011]綜合以上的敘述，應(yīng)用于隔離刀閘的機械參數(shù)檢測方法整個過程是:通過控制器向增量式旋轉(zhuǎn)光電編碼器、霍爾傳感器發(fā)送信號采集命令，旋轉(zhuǎn)光電編碼器、霍爾傳感器分別進行信號數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)通過接口芯片MAX485傳輸給控制器進行處理，控制器將處理過的數(shù)據(jù)進行顯示。
[0012]本發(fā)明提供的電動隔離刀閘機械參數(shù)方面的檢測方法，很好的解決了變電站現(xiàn)場環(huán)境，隔離開關(guān)關(guān)于隔離開關(guān)機械參數(shù)方面的檢測的難題，通過該參數(shù)的測試，就能準(zhǔn)確掌握隔離開關(guān)的缺陷情況，可以預(yù)測隱患的發(fā)展趨勢。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明中的隔離刀閘機械參數(shù)的檢測方法的組成圖；
圖2是本發(fā)明中的隔離刀閘機械參數(shù)的檢測方法的光電編碼器的原理圖；
圖3是隔離刀閘主軸轉(zhuǎn)角的時間特性f=0(t)曲線；
圖4是有卡澀的主軸轉(zhuǎn)角的時間特性f=θ (t)曲線；
圖5是霍爾傳感器電路的組成圖；
圖6是電機的電流波形圖；
圖7是電機功率特征曲線圖。
【具體實施方式】
[0014]如圖1所示，一種隔離刀閘機械參數(shù)檢測裝置，包括旋轉(zhuǎn)光電編碼器、霍爾傳感器電路、接口芯片MAX48 5和控制器，所述的旋轉(zhuǎn)光電編碼器與霍爾傳感器電路連接接口芯片MAX485，接口芯片MAX485連接控制器;所述的旋轉(zhuǎn)光電編碼器由光電編碼器、信號處理電路和加減計數(shù)器組成;所述的霍爾傳感器電路由霍爾傳感器和輸入單元HSH組成。
[0015]它的設(shè)計原理是在隔離開關(guān)由分到合或由合到分的過程中，主軸轉(zhuǎn)過的角度Θ與時間t的對應(yīng)關(guān)系稱為轉(zhuǎn)角時間特性Θ (t)，用曲線表示如圖3。曲線I表示標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)角時間特性，在安裝調(diào)試完畢后測得；曲線2表示運行若干時間后測得的特性，T1、T2為全行程時間。從圖形上看，如果傳動系統(tǒng)有卡澀現(xiàn)象，最直觀的是全行程時間會延長，因此AT是一個很重要的特征參數(shù)。如果在主軸轉(zhuǎn)動過程中傳動系統(tǒng)發(fā)生輕微卡澀，表現(xiàn)在特性曲線上就是產(chǎn)生曲折形狀，如圖4所示。從轉(zhuǎn)角時間特性上還可以分析分、合閘結(jié)束時的緩沖情況及行程開關(guān)動作的時機是否恰當(dāng)；如果主軸轉(zhuǎn)角未達180°，表明行程開關(guān)切斷過早;如果在180°附近產(chǎn)生較大的過沖和反彈，則表明行程開關(guān)切斷過遲，如圖3中的曲線。如果在轉(zhuǎn)角未達180°時產(chǎn)生較大的過沖和反彈則表明隔離閘刀機械限位過早接觸，這樣就可以解決隔離開關(guān)分、合閘準(zhǔn)確到位的問題。
[0016]它的工作原理是利用旋轉(zhuǎn)式光電編碼器這種轉(zhuǎn)軸角位置傳感器，采用圓光柵，通過光電轉(zhuǎn)換，將軸旋轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。圖2是轉(zhuǎn)軸數(shù)據(jù)采集的角位移的原理框圖。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動，編碼器輸出Α、Β兩路相位相差90°的正交脈沖，通過信號處理電路，能從Α、Β兩路信號的相對相位確定碼盤的轉(zhuǎn)動方向。如果A超前Β90°，碼盤向正方向轉(zhuǎn)動，否則，B超前A表明碼盤向負(fù)方向轉(zhuǎn)動，然后通過加減計數(shù)器對Α、Β兩路信號計數(shù)，能得到角位移的增(減)量。從旋轉(zhuǎn)光電編碼器輸出的兩路正交脈沖，經(jīng)光電隔離后，再由施密特觸發(fā)器整形，得到A及其反相Α，Β及其反相B四路方波信號。這四路方波信號經(jīng)過單穩(wěn)器件得到各自的上升沿和下降沿信號Y Y Bi'，這些脈沖經(jīng)過與或、與非電路實現(xiàn)了正交信號處理。輸出反應(yīng)角位移的信號Ρ+、Ρ-。利用3片4029組成12位加減計數(shù)器，兩路加減脈沖信號經(jīng)過加減計數(shù)器計數(shù)，輸出10位二進制編碼，其值與角位移相對應(yīng)?？刂破饕砸欢ǖ牟蓸宇l率讀取這10位結(jié)果，得到隔離開關(guān)操作過程中的主軸角位移時間曲線9(t)。
[0017]它的設(shè)計原理是通過霍爾傳感器采樣異步電機的信號，異步電機是電動機構(gòu)中的能量轉(zhuǎn)換裝置，電機定子電流全面反映機械系統(tǒng)的信息。應(yīng)用電流傳感器，測量電動機工作電流的隨時間變化來判斷有無卡澀發(fā)生。隔離刀閘電機典型的電流波形如圖6所示。
[0018]在圖4中:to?ti為電機通電時刻，這時電流有一較大的脈沖。ti?t2轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動，電機反電勢產(chǎn)生，電流回落。t2?t3電機平穩(wěn)工作。t3時刻開關(guān)動靜觸頭剛接觸，負(fù)荷驟然增大，電流也隨之上升，電流在t4時刻出現(xiàn)峰值時刻限位開關(guān)動作，電流被切斷。可以把^、t2、t3、t4、Ia、Im作為特征參數(shù)，電流特征參數(shù)的變化反映了整個機械傳動系統(tǒng)的變化。由于電機電流受電源電壓的影響，直接測量轉(zhuǎn)矩有困難，因此測量電機功率P可獲得9(t)、p(t)特性，可以導(dǎo)出ρ(θ)特性，如圖7所示。將隔離開關(guān)安裝調(diào)試好的上述特性記錄下來供以后比較，找出最大偏差，據(jù)此判斷有無卡澀發(fā)生。
[0019]它的工作原理采用基于霍爾效應(yīng)的霍爾傳感器，該傳感器輸出的電壓信號正比于電動機電流。通過輸入單元HSH測算出周波頻率，由此得到采樣保持器的控制頻率，控制器通過對一個周期T進行32點頻率采樣，把時域內(nèi)采集到的電壓、電流信號通過傅氏算法直接獲得電壓、電流、有功功率，并把數(shù)據(jù)傳送到控制器中。
[0020]本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化應(yīng)包括在本發(fā)明內(nèi)。此外，不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0021]應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
【主權(quán)項】
1.一種隔離刀閘機械參數(shù)檢測裝置，其特征在于:包括旋轉(zhuǎn)光電編碼器、霍爾傳感器電路、接口芯片MAX485和控制器，所述的旋轉(zhuǎn)光電編碼器與霍爾傳感器電路連接接口芯片MAX485，接口芯片MAX485連接控制器;所述的旋轉(zhuǎn)光電編碼器由光電編碼器、信號處理電路和加減計數(shù)器組成;所述的霍爾傳感器電路由霍爾傳感器和輸入單元HSH組成。2.—種隔離刀閘機械參數(shù)檢測裝置，其特征在于:電動隔離刀閘機械參數(shù)檢測方法包括如下步驟: 第一步，將增量式旋轉(zhuǎn)光電編碼器安裝在電動隔離刀閘機構(gòu)主軸上作為測量轉(zhuǎn)速的傳感器，得到電動隔離開關(guān)操作過程中的主軸角位移數(shù)據(jù)； 第二步，將主軸角位移數(shù)據(jù)繪制成主軸角位移時間曲線； 第三步，通過觀察主軸角位移時間曲線得到特定的機械參數(shù)。
【文檔編號】G01R31/327GK105865769SQ201610261817
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】梁方建, 閆廣濤, 曹海軍, 劉偉, 周鑫, 盧震, 李朋, 王豐, 郝賽
【申請人】國網(wǎng)河南省電力公司商丘供電公司