一種斷路器用智能型操動機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種斷路器用智能型操動機構(gòu)，具有合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸、合閘摯子及分閘摯子；設(shè)將該合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸稱為三組傳動軸，該三組傳動軸中的至少一組上設(shè)有壓力傳感器。本實用新型實現(xiàn)對斷路器操動機構(gòu)本體直接進行監(jiān)測，功能新穎、結(jié)構(gòu)巧妙，具有實時監(jiān)測操動機構(gòu)工作狀態(tài)，對降低操動機構(gòu)故障率，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運行具有重要的意義。
【專利說明】
一種斷路器用智能型操動機構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于斷路器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種斷路器用智能型操動機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]斷路器作為電力系統(tǒng)中重要的保護和控制設(shè)備，它不僅能夠關(guān)合、承載和開斷正?；芈窏l件下的電流，而且能在規(guī)定的時間內(nèi)關(guān)合、承載和開斷異常回路條件下的電流。在電力系統(tǒng)運行過程中，要求斷路器能快速地切斷發(fā)生故障的線路或電氣設(shè)備，在這個過程中若斷路器發(fā)生故障，不能及時可靠地切斷故障，將會對系統(tǒng)造成極大的影響，導(dǎo)致事故的發(fā)生。國際大電網(wǎng)會議組織的國際調(diào)查表明，在斷路器的故障中，機械故障占全體故障的80%以上，而斷路器機械部分主要是操動機構(gòu)。操動機構(gòu)故障呈現(xiàn)多種后果，主要有拒合、拒分、分合閘速度變小、閉鎖失靈等。其中，操動機構(gòu)拒分會使線路故障影響面擴大，造成母線故障或主變故障，給系統(tǒng)造成大的危害，是性質(zhì)最為嚴(yán)重的事故。分合閘速度達不到要求，會導(dǎo)致斷路器在切斷和閉合負荷電流或故障電流時不能有效熄滅電弧，造成操作過電壓或使斷路器發(fā)生爆炸事故，其后果也相當(dāng)嚴(yán)重。
[0003]因此，對斷路器的操動機構(gòu)進行在線監(jiān)測，提前發(fā)現(xiàn)潛在故障，降低操動機構(gòu)故障率，對于保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運行有著重要的作用。近年來，國內(nèi)外對斷路器狀態(tài)監(jiān)測做了大量研究，主要有以下幾個方面:I)行程-時間特性曲線；2)機械振動信號;3)合、分閘線圈電流、電壓檢測;4)電阻測量;5)SF6壓力檢測;7)絕緣檢測;8)專家系統(tǒng)。所述各種監(jiān)測方式各有優(yōu)劣，但其均不是針對斷路器操動機構(gòu)本體直接進行監(jiān)測；于此本新型創(chuàng)新地從斷路器操動機構(gòu)本體角度出發(fā)，發(fā)明一種斷路器用智能型操動機構(gòu)，本案由此產(chǎn)生。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種斷路器用智能型操動機構(gòu)，直接監(jiān)測斷路器操動機構(gòu)內(nèi)部零部件受力狀況，實時監(jiān)測操動機構(gòu)工作狀態(tài)，具有功能新穎、結(jié)構(gòu)緊湊、通用性強等特點。
[0005]為了達成上述目的，本實用新型的解決方案是:
[0006]—種斷路器用智能型操動機構(gòu)，具有合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸、合閘摯子及分閘摯子;設(shè)將該合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸稱為三組傳動軸，該三組傳動軸中的至少一組上設(shè)有壓力傳感器。
[0007]所述傳動軸上設(shè)有內(nèi)嵌槽，所述壓力傳感器采用內(nèi)嵌方式設(shè)于內(nèi)嵌槽內(nèi)。
[0008]所述合閘半軸和/或者分閘半軸上設(shè)有分別供合閘摯子、分閘摯子扣接的斜槽口，所述內(nèi)嵌槽與斜槽口相距I Omm。
[0009]所述內(nèi)嵌槽繞傳動軸的徑向布置，該內(nèi)嵌槽具有供壓力傳感器緊湊設(shè)置的槽底平面。
[0010]所述槽底平面的兩端寬度不同，其中寬度較大的一端作為引出壓力傳感器的電纜芯線的引出端。
[0011]所述槽底平面處涂覆有起絕緣和抗震作用的絕緣膠層。
[0012]所述三組傳動軸中的至少一組采用合金材料軸。
[0013]所述合金材料軸采用40CrNiMoA材料。
[0014]所述壓力傳感器為金屬壓阻應(yīng)變片力傳感器。
[0015]所述操動機構(gòu)還設(shè)有拐臂，與該拐臂相連的斷路器主軸上設(shè)置非接觸式角度傳感器。
[0016]采用上述方案后，本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果在于:
[0017]—、本實用新型創(chuàng)造性地將壓力傳感器內(nèi)嵌于操動機構(gòu)的特定內(nèi)部零件上，提供一種直接監(jiān)測斷路器操動機構(gòu)內(nèi)部零部件工作狀態(tài)的新方法，大大提高斷路器在線監(jiān)測精度；
[0018]二、操動機構(gòu)內(nèi)部各零部件的受力變化狀況直接反應(yīng)著操動機構(gòu)工作狀態(tài)，進一步設(shè)計特殊的結(jié)構(gòu)，將壓力傳感器內(nèi)嵌于斷路器操動機構(gòu)的特定內(nèi)部零件，實現(xiàn)真正意義上的斷路器操動機構(gòu)智能化；
[0019]三、操動機構(gòu)內(nèi)部零件受力狀況包含豐富的信息，特別是合、分閘過程中合、分閘半軸的受力情況直接反應(yīng)著操動機構(gòu)的運行狀況，本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)對這些信息的采集，并具有很好的穩(wěn)定性。
[0020]綜上，本實用新型實現(xiàn)對斷路器操動機構(gòu)本體直接進行監(jiān)測，功能新穎、結(jié)構(gòu)巧妙，具有實時監(jiān)測操動機構(gòu)工作狀態(tài)，對降低操動機構(gòu)故障率，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運行具有重要的意義。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為本實用新型的斷路器用智能型操動機構(gòu)主視圖；
[0022]圖2為本實用新型的斷路器用智能型操動機構(gòu)側(cè)視圖；
[0023]圖3為本實用新型的斷路器用智能型操動機構(gòu)內(nèi)部傳動鏈?zhǔn)疽鈭D；
[0024]圖4-1為本實用新型的儲能彈簧軸結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖4-2為本實用新型的儲能彈簧軸的受力示意圖；
[0026]圖5-1為本實用新型的合閘半軸結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖5-2為本實用新型的合閘半軸的受力示意圖；
[0028]圖6-1為本實用新型的分閘半軸結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖6-2為本實用新型的分閘半軸的受力示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本案作進一步詳細的說明。
[0031]本實用新型涉及一種斷路器用智能型操動機構(gòu)，如圖1至圖3所示，有包括儲能電機組件1、行程開關(guān)組件2、手動儲能組件3、儲能凸輪組件4、儲能彈簧5、儲能指示組件6、傳動連桿組件7、合閘脫扣器8、分閘脫扣器9、過流脫扣器1、合分閘指示組件11、合閘按鈕12、分閘按鈕13、輔助開關(guān)14、儲能彈簧軸15。
[0032]所述手動儲能組件3較佳地由一對錐齒輪31、32組成，其具有安裝簡便、承載力高、傳動功率大、使用壽命長的特點。所述儲能凸輪組件4包括儲能凸輪軸41、合閘凸輪42、大齒輪43、逆止輪44、定位套45、拐臂46等。所述傳動連桿組件7包括合閘半軸71、分閘半軸72、合閘摯子73、分閘摯子74、輸出軸75等。
[0033]斷路器操動機構(gòu)工作原理基本大同小異，可參考相關(guān)資料，在這里不再詳細介紹，以下只針對本實用新型的斷路器智能型操動機構(gòu)如何實現(xiàn)“智能化”進行詳細說明。
[0034]設(shè)將所述合閘半軸71、分閘半軸72、儲能彈簧軸15稱為三組傳動軸，該三組傳動軸中的至少一組上設(shè)有壓力傳感器。給出地較佳實施例中，如圖4-1至6-2所示，三組傳動軸(即合閘半軸71、分閘半軸72、儲能彈簧軸15)上均設(shè)有壓力傳感器(分別為711、721、151)。
[0035]所述設(shè)有壓力傳感器的傳動軸上設(shè)有內(nèi)嵌槽，具體實施例中合閘半軸71、分閘半軸72、儲能彈簧軸15上分別設(shè)有內(nèi)嵌槽712、722、152，所述壓力傳感器711、721、151采用內(nèi)嵌方式分別設(shè)于內(nèi)嵌槽712、722、152內(nèi)。
[0036]進一步，合閘半軸71、分閘半軸72上設(shè)有分別供合閘摯子73、分閘摯子74扣接的斜槽口 713、723，所述內(nèi)嵌槽712與斜槽口 713、內(nèi)嵌槽722與斜槽口 723的距離均約為10mm。舉合閘半軸71為例，由于考慮到內(nèi)嵌壓力傳感器位置、傳感器采集信號精確度與穩(wěn)定性，合閘半軸71上的斜槽口 713處邊緣為合閘摯子73扣接處，此處力值(變化)最能反映操動機構(gòu)工況，但此處沖擊大、摩擦大，壓力傳感器不宜設(shè)置在此處，經(jīng)綜合驗證優(yōu)化后，將壓力傳感器內(nèi)嵌于距離斜槽口 713的約1mm處的內(nèi)嵌槽712(具體如圖5-1、5-2所示)，這樣，既能滿足傳感器采集信號精確度與穩(wěn)定性要求，又不影響合閘半軸本身的機械特性。
[0037]優(yōu)選地，所述傳動軸上的內(nèi)嵌槽712、722、152繞各自傳動軸的徑向布置，其具有供各自壓力傳感器711、721、151緊湊設(shè)置的槽底平面;具體而言，該內(nèi)嵌槽712、722、152的表面由槽底平面和起過渡承接的圓弧面組成。所述槽底平面的兩端寬度不同，在槽底平面寬度較大的一端作為引出端，以引出各自壓力傳感器的電纜芯線和包裹的屏蔽裸線，參見圖4-2、5-2及6-2，引出位置為引出端的對應(yīng)寬度擴增的一側(cè)處。所述電纜芯線設(shè)有4根，分別為2根勵磁線和2根信號線。所述過渡平面處較佳地涂覆有一層白色絕緣膠層，起到起絕緣和抗震作用。
[0038]優(yōu)選地，所述壓力傳感器為金屬壓阻應(yīng)變片力傳感器。由于斷路器動作過程時間短、力值突變大，金屬壓阻應(yīng)變片力傳感器的高精度特性可滿足此要求。斷路器操動機構(gòu)在動作過程中，特別是合閘半軸71、分閘半軸72、儲能彈簧軸15受力集中的零件處會產(chǎn)生很大的沖擊振動，采用金屬壓阻應(yīng)變片力傳感器具有抗振動沖擊能力強特點。而且采用金屬壓阻應(yīng)變片力傳感器還具有內(nèi)嵌于傳動軸后對各軸強度、功能的影響小的優(yōu)點。
[0039]優(yōu)選地，所述傳動軸(合閘半軸71、分閘半軸72、儲能彈簧軸15)采用合金材料軸，該合金材料軸具體采用40CrNiMoA材料。由于斷路器操動機構(gòu)合閘半軸動作頻繁，每次動作都會受很大的沖擊力、摩擦力，而40CrNiMoA材料經(jīng)調(diào)制處理后，不僅具有良好的加工性、加工變形小，而且具有高強度、高韌性、耐磨等特性。
[0040]本實用新型智能型操動機構(gòu)儲能時(手動或電動)，儲能軸16轉(zhuǎn)動，通過小齒輪17帶動大齒輪43轉(zhuǎn)動，同時，凸輪軸41、合閘凸輪42、逆止輪44、拐臂46也同時轉(zhuǎn)動，此時儲能彈簧5被拉伸，合閘彈簧軸15受到儲能彈簧5的拉力，如圖4-2所示，其上的應(yīng)變片電阻發(fā)生改變，并通過電橋轉(zhuǎn)換成力信號輸出至采集系統(tǒng)。儲能完畢后，合閘摯子73扣住合閘半軸71，使合閘半軸71受到壓力，如圖5-2所示，合閘半軸71上的應(yīng)變片電阻發(fā)生改變，并通過電橋轉(zhuǎn)換成力信號輸出至采集系統(tǒng)。合閘時，合閘半軸71脫扣，此時合閘半軸71受到合閘摯子73的壓力變?yōu)榱?，同時分閘摯子74扣住分閘半軸72，使分閘半軸72受到壓力，如圖6-2所示，分閘半軸72上的應(yīng)變片電阻發(fā)生改變，并通過電橋轉(zhuǎn)換成力信號輸出至采集系統(tǒng)。分閘時，分閘半軸72脫扣，分閘半軸72受到分閘摯子74的壓力變?yōu)榱恪?br>[0041]斷路器操動機構(gòu)合閘半軸71、分閘半軸72的受力狀況、儲能彈簧5力的變化均包含豐富的信息，如當(dāng)監(jiān)測到合閘半軸71受力變大，可判斷操動機構(gòu)有合不上閘的風(fēng)險，提醒維修人員及時有效的維修，避免事故的發(fā)生；當(dāng)監(jiān)測到儲能彈簧5力變小，可判斷儲能彈簧5出現(xiàn)了疲勞衰減，應(yīng)當(dāng)及時更換儲能彈簧，保證斷路器的正常運行。
[0042]長期以來，為了實現(xiàn)對斷路器操動機構(gòu)故障診斷，國內(nèi)外進行了大量研究，但用于故障診斷的信號主要是:觸頭行程曲線、合分閘線圈電流、振動信號等，但還未對斷路器操動機構(gòu)合閘半軸、分閘半軸的受力(變化)情況進行監(jiān)測。實際上，斷路器操動機構(gòu)合閘半軸、分閘半軸的受力狀況、儲能彈簧力的變化包含豐富的信息，斷路器操動機構(gòu)是否正常動作、故障原因等均能反應(yīng)在合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸力值變化上，如果能夠采集到這些信息并加以分析，對于實現(xiàn)斷路器操動機構(gòu)故障診斷、保證斷路器的正常運行具有十分重要的意義。于此，本實用新型提出智能型操動機構(gòu)，采用金屬壓阻應(yīng)變片力傳感器內(nèi)嵌融合于40CrNiMoA合金材料的合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸上，能夠?qū)崟r監(jiān)測合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸受力狀況，而合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸受力狀況是最能直接反映斷路器操動機構(gòu)的狀態(tài)。
[0043]優(yōu)選地，與拐臂46相連的斷路器主軸上還設(shè)置有非接觸式角度傳感器，由此來監(jiān)測操動機構(gòu)輸出角度-時間的關(guān)系。
[0044]以上實施例僅為說明本實用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實用新型的保護范圍，凡是按照本實用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本實用新型保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種斷路器用智能型操動機構(gòu)，具有合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸、合閘摯子及分閘摯子;其特征在于:設(shè)將該合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸稱為三組傳動軸，該三組傳動軸中的至少一組上設(shè)有壓力傳感器。2.如權(quán)利要求1所述的一種斷路器用智能型操動機構(gòu)，其特征在于:所述傳動軸上設(shè)有內(nèi)嵌槽，所述壓力傳感器采用內(nèi)嵌方式設(shè)于內(nèi)嵌槽內(nèi)。3.如權(quán)利要求2所述的一種斷路器用智能型操動機構(gòu)，其特征在于:所述合閘半軸和/或者分閘半軸上設(shè)有分別供合閘摯子、分閘摯子扣接的斜槽口，所述內(nèi)嵌槽與斜槽口相距1mm04.如權(quán)利要求2或3所述的一種斷路器用智能型操動機構(gòu)，其特征在于:所述內(nèi)嵌槽繞傳動軸的徑向布置，該內(nèi)嵌槽具有供壓力傳感器緊湊設(shè)置的槽底平面。5.如權(quán)利要求4所述的一種斷路器用智能型操動機構(gòu)，其特征在于:所述槽底平面的兩端寬度不同，其中寬度較大的一端作為引出壓力傳感器的電纜芯線的引出端。6.如權(quán)利要求4所述的一種斷路器用智能型操動機構(gòu)，其特征在于:所述槽底平面處涂覆有起絕緣和抗震作用的絕緣膠層。7.如權(quán)利要求1所述的一種斷路器用智能型操動機構(gòu)，其特征在于:所述三組傳動軸中的至少一組采用合金材料軸。8.如權(quán)利要求7所述的一種斷路器用智能型操動機構(gòu)，其特征在于:所述合金材料軸采用 40CrNiMoA 材料。9.如權(quán)利要求1所述的一種斷路器用智能型操動機構(gòu)，其特征在于:所述壓力傳感器為金屬壓阻應(yīng)變片力傳感器。10.如權(quán)利要求1所述的一種斷路器用智能型操動機構(gòu)，其特征在于:所述操動機構(gòu)還設(shè)有拐臂，與該拐臂相連的斷路器主軸上設(shè)置非接觸式角度傳感器。
【文檔編號】H01H3/30GK205542455SQ201620061909
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月22日
【發(fā)明人】楊秋玉, 彭彥卿
【申請人】廈門理工學(xué)院