一种多梅花触指接触压力分布式测量装置及测量方法与流程

1.本发明涉及电力设备状态检测技术领域，特别涉及一种多梅花触指接触压力分布式测量装置及测量方法。


背景技术：

2.配电开关柜是配电网中传输电能的重要枢纽节点，起着开合、控制和保护用电设备的作用。开关柜大多集中安置，一旦某个开关柜发生故障，可能会引起连环爆炸，损坏其他开关柜等配电设备。不但会造成区域性停电，大面积甩负荷，危害电网健康运行，也有可能危及运维人员生命安全，带来不良社会影响。据统计热故障是造成开关柜故障的主要原因，也是危害最大的故障类型。引发热故障的主要原因如下：开关柜电气连接工艺不当，电气连接表面在运行过程中发生氧化，操作断路器手车不当使得触头机械磨损，这些原因均会导致电气连接面接触电阻增大。接触电阻的增大使得开关柜运行在异常状态，当负荷增大时或者负荷发生突变时将会引起异常温升，热故障概率大大增加。
3.梅花触头是开关内部发热的主要位置。梅花触头中各个触指与触头导体相接触，接触电阻与接触压力直接相关，接触压力越大，接触电阻越小，发热越小，接触压力通过若干个环形弹簧提供。然而，如果环形弹簧压力不足或装配不佳，会导致各个接触点接触压力下降，且各个接触点压力分布不均匀。接触压力较小的触指位置局部过热，进而导致外部环形弹簧因加热退火等过程出现金属疲软和失效，导致接触压力进一步降低，接触电阻增大，发热增大。恶性正循环作用可能导致梅花触头发生过热，造成开关柜热故障。
4.然而，目前电力检修人员仅能根据开关柜温度监测数据推断接触电阻增大趋势，更换环形弹簧，存在事后判断、无法实现预防性检修的目的，且日常检修难以测量配电开关柜梅花触头的接触压力。此外，如果梅花触头多个触指中有某些触指已处于严重损坏，更换外部弹簧仍无法解决过热问题，迫切需要对配电开关柜梅花触头的多触指接触压力进行单独的精确测量，以更加准确的判断梅花触头工作状况，保证配电开关柜运行安全。
5.公开号为cn109974914a，专利名称为“一种梅花触头分布式接触电阻压力检测方法与装置”的专利文件中，采用在梅花触头触指上端刚性焊接镀金光纤位移传感器；在梅花触头动触头插入前对梅花触头静触头各触指圆周方向形变量进行调零；插入梅花触头动触头，通过刚性焊接镀金光纤位移传感器测量不同触指之间的圆周方向形变量；根据圆周方向的形变量确定不同触指间径向形变量；根据触指径向形变量确定各触点接触压力分布。然而，该专利文件中需要预先在梅花触头触指上端刚性焊接镀金光纤位移传感器，此种方法破坏了原有结构，而且在实际投运设备中也是不能允许的，会破坏梅花触指本身结构；并根据梅花触头触指径向位移分布，通过非线性接触力学计算获取梅花触头各个触指的接触压力值，操作较为繁琐，无法直接获取接触压力值。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种多梅花触指接触压力分布式测量装置及测量方法，解
决了破坏梅花触指本身结构，操作较为繁琐，无法直接获取接触压力值的问题。
7.本发明是通过以下技术方案来实现：
8.一种多梅花触指接触压力分布式测量装置，包括内筒、外筒、数据采集器和上位机；
9.内筒上设有若干个沿环形分布的压力传感器，压力传感器设在内筒和外筒之间；
10.压力传感器的布设位置与梅花触指相对应；
11.压力传感器与数据采集器连接，数据采集器与上位机连接。
12.进一步，外筒的材质和尺寸与静触头相同。
13.进一步，压力传感器采用硬质力敏陶瓷材料制成。
14.进一步，压力传感器与多通道数据采集器连接的引线从内筒轴向引出。
15.一种多梅花触指接触压力分布式测量装置，包括内部支撑装置、外筒、数据采集器和上位机；
16.内部支撑装置上设有若干个沿环形分布的压力传感器，压力传感器设在内部支撑装置和外筒之间；
17.压力传感器的布设位置与梅花触指相对应；
18.压力传感器与数据采集器连接，数据采集器与上位机连接；
19.内部支撑装置包括中心轴和若干个伸缩杆，伸缩杆一端连接在中心轴上，另一端与压力传感器连接；中心轴内设有用于驱动伸缩杆伸缩的驱动机构。
20.进一步，外筒的材质和尺寸与静触头相同。
21.进一步，压力传感器采用硬质力敏陶瓷材料制成。
22.进一步，驱动机构采用电力驱动或者液压驱动方式。
23.本发明还公开了使用所述的多梅花触指接触压力分布式测量装置测量梅花触指压力的方法，包括以下步骤：
24.s1、将压力传感器均匀布置在内筒和外筒之间，形成对压力传感器的预压力并进行标定；
25.s2、将外筒插入梅花触头中，压力传感器获取相应位置压力数值；
26.s3、基于压力传感器的压力数值、内筒尺寸及内筒材料，利用有限元建模方法反演解耦，获得各个梅花触指真实压力值。
27.本发明还公开了使用所述的多梅花触指接触压力分布式测量装置测量梅花触指压力的方法，包括以下步骤：
28.s1、将压力传感器均匀布置在外筒和伸缩杆之间，形成对压力传感器的预压力并标定；
29.s2、预先通过有限元建模，获得在增大伸缩杆长度情况下，外部压力和各个压力传感器输出数值之间的函数变化规律；
30.s3、将外筒插入梅花触头中，依次增大伸缩杆长度，获取各个压力传感器输出数值的变化曲线；
31.s4、根据s2获得的函数变化规律和实测获得的各个压力传感器输出数值的变化曲线，反推获得各个梅花触指真实压力值。
32.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
33.本发明公开了一种多梅花触指接触压力分布式测量装置，包括内部支撑装置、外筒、数据采集器和上位机；内部支撑装置上设有若干个沿环形分布的压力传感器，压力传感器设在内部支撑装置和外筒之间；内部支撑装置可采用圆筒结构，或者采用伸缩杆结构，本发明采用与梅花触指对应的多个分布式压力传感器，实现对梅花触头接触压力整体性测量和多触指接触压力单独测量；该测量装置放置在梅花触指内，无需破坏梅花触指本身结构，所有计算变量均为压力，不存在位移(形变)等参量，计算原理简洁，为直接获取接触压力值。
34.进一步，通过设计与实际静触头材料、尺寸一致的外筒，保证测量装置可以真实模拟实际工况。
35.本发明还公开了一种基于分布式伸缩杆布置方案的测量方法，相对于一体化内筒方案，采用分布式伸缩杆的布置方式可在一定程度上实现各个压力传感器的解耦，在预先建模的基础上，根据伸缩杆的伸缩长度压力传感器输出数值变化曲线等数据，直接获得各个触指压力值，无需进一步利用有限元建模方法反演解耦。与一体化内筒方案相比，有限元建模环节在获取各个压力传感器输出数值前完成，提高了压力值可靠性和获取效率。
附图说明
36.图1为本发明实施例1的一种多梅花触指接触压力分布式测量装置的结构示意图；
37.图2为本发明实施例1的基于一体化内筒布置方案获得各个触指压力值流程图；
38.图3为本发明实施例2的一种多梅花触指接触压力分布式测量装置的结构示意图；
39.图4为本发明实施例2的基于分布式伸缩杆布置方案获得各个触指压力值流程图；
40.其中，1为梅花触指，2为环形弹簧，3为外筒，4为压力传感器，5为内筒，6为数据采集器，7为驱动机构，8为伸缩杆。
具体实施方式
41.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
42.实施例1
43.如图1所示，本发明公开了一种多梅花触指接触压力分布式测量装置，包括内筒5、外筒3、数据采集器6和上位机；内筒5上设有若干个沿环形分布的压力传感器4，压力传感器4设在内筒5和外筒3之间；压力传感器4的布设位置与梅花触指1相对应；梅花触指1外部设有环形弹簧2，压力传感器4与多通道数据采集器6连接，数据采集器6与上位机连接。
44.采用一体化内筒5的布置方式，设计与梅花触指1数量相同分布式压力传感器4，并设计内外同轴但直径不同的圆柱体，均采用与静触头相同的铜钨合金等材料，其中，外筒3是用于替代配电开关柜静触头，因此外筒3的材料和直径与配电开关柜静触头完全一致。
45.压力传感器4与多通道数据采集器6连接的引线是从轴向引出的，不能在外筒3上面开孔，否则会破坏轴对称计算条件。
46.分布式压力传感器4优先采用硬质力敏陶瓷材料，提高传感器可靠性。
47.如图2所示，使用该测量装置时，首先将分布式压力传感器4均匀布置在外圆柱体和内圆柱体之间，三者形成过盈配合，形成对分布式压力传感器4预压力并进行标定。外部
位置对齐并用电动装置将该测量装置插入梅花触头中，分布式压力传感器4获得相应位置的压力数值。由于存在刚性的一体化内筒5，各个压力传感器4之间存在耦合，因此，需要进一步基于分布式压力传感器4压力数值、刚性内筒5尺寸、刚性内筒5材料属性等参数，利用有限元建模方法反演解耦，获得各个触指的真实压力值。
48.在此实施例中，各个传感器存在耦合，可以理解为某一个触指会同时对所有压力传感器4产生压力，且与压力传感器4布置位置有关。在有限元计算软件中，输入内外筒3尺寸和材料等基础参数，将压力传感器4的压力数值作为已知量，各个梅花触指1真实压力值为待求变量，基于非线性最小二乘拟合方法获取方程组的全局最优解，最终获得各个梅花触指1的真实压力值。
49.实施例2
50.如图3所示，本发明公开了一种多梅花触指接触压力分布式测量装置，包括内部支撑装置、外筒3、数据采集器6和上位机；内部支撑装置包括中心轴和若干个伸缩杆8，伸缩杆8一端连接在中心轴上，另一端与压力传感器4连接，中心轴内设有用于驱动伸缩杆8伸缩的驱动机构7；压力传感器4的布设位置与梅花触指1相对应；压力传感器4与多通道数据采集器6连接，数据采集器6与上位机连接。
51.驱动机构7可采用电力驱动或者液压驱动方式。
52.采用分布式伸缩杆8的布置方式，设计与梅花触指1数量相同分布式压力传感器4，并设计圆柱体外筒3，外筒3采用与静触头相同的铜钨合金等材料，其中，外筒3是用于替代配电开关柜静触头，因此外筒3的材料和直径与配电开关柜静触头完全一致。
53.如图4所示，使用该测量装置时，首先将压力传感器4均匀布置在外筒3和伸缩杆8之间，通过伸缩杆8伺服电机控制器调节，形成对分布式压力传感器4预压力并进行标定；然后预先通过有限元建模，获得增大伸缩杆8长度情况下，外部压力和各个压力传感器4输出数值之间的函数规律；然后使用外部位置对齐并用电动装置将该测量装置插入梅花触头中，依次增大伸缩杆8长度，获取各个压力传感器4输出数值的变化曲线；最后根据上述函数规律反推出各个触指的真实压力值。
54.压力传感器4优先采用硬质力敏陶瓷材料，提高传感器可靠性。
55.相对于一体化内筒5方案，采用分布式伸缩杆8的布置方式可在一定程度上实现各个压力传感器4的解耦，在预先建模的基础上，根据伸缩杆8的伸缩长度压力传感器4输出数值变化曲线等数据，直接获得各个触指压力值，无需进一步利用有限元建模方法反演解耦。与一体化内筒5方案相比，有限元建模环节在获取各个压力传感器4输出数值前完成，提高了压力值可靠性和获取效率。