移开式断路器触指压力测试仪及其测试方法与流程

1.本发明公开涉及移开式断路器监测的技术领域，尤其涉及一种移开式断路器触指压力测试仪及其测试方法。


背景技术：

2.随着国民经济的迅速发展，信息化、现代化的社会发展对电力系统供电可靠性的要求越来越高。影响电力系统安全的因素很多，其中一个重要的方面是电力设备的安全运行问题。由于绝大多数电力设备长期在高电压、大电流下运行，且多为封闭式结构，散热效果差，热积累大，结果容易过造成设备损坏和用户停电的重大事故。
3.移开式断路器作为发电厂、变电站中的重要设备，是电能分配调度重要的执行电气设备。移开式断路器数量多、应用面广，对电网的安全运行举足轻重。梅花触头是移开式断路器的核心部件之一，广泛应用在移开式断路器与柜体的连接，具有接触点多、导电性好、接触电阻小等特点。随着金属封闭高压开关柜的推广使用，柜内移开式断路器触头发热而导致的故障、事故增多，触头发热的问题也正在引起各运行单位的重视。在运行中，因移开式断路器的制造、安装的缺陷，导致触头接触不良，并引起过热。如果过热没有及时发现并处理，就会导致过热故障甚至发展成为事故。
4.通常触指弹簧发热是由弹簧压力不够引起，当弹簧压力不够时，会造成触指局部过热，使触指弹簧退火而出现疲软。疲软的弹簧使触指和触头间的接触压力继续降低，接触状态变得更差，促使发热更加严重，触指弹簧进一步退火，从而进入一种恶性循环。使发热发展成为过热状态，造成绝缘损坏，引起电弧放电造成移开式断路器的烧毁。由于开关柜母线室是连通的，当一个移开式断路器故障时，电弧侵犯邻柜甚至会造成“火烧连营”的事故，扩大事故范围和影响。所以对于移开式断路器的触头发热问题必须研究有效的预防措施，避免故障和事故的发生。
5.断路器触头的接触压力是主回路导电性能好坏的重要判定参数，是主回路隔离触头在运行时能否耐受冲击电流、满负荷运行时温升是否合格的重要影响因素。触头接触压力的变化受弹簧材料及其加工工艺、开关装配精度、运行环境、负载性质和工作频度等多方面因素的影响。为了保证触头性能长期稳定可靠，进行移开式断路器梅花触头压力在线监测就十分必要。
6.运维人员在检修时往往只注意更换明显失效和断裂的弹簧，而对那些弹力降低的弹簧，现场无法判断或不更换，这样在继续运行中，每个触指电流的分布会因压力不同而不同，压力差别越大电流分布越不均匀。长期运行就会发生接触不良而发热。触指的发热会恶性循环，一个触指接触不良就会蔓延整个触头，最终打火烧毁酿成事故。
7.针对以上问题已经越来越多的引起了电力系统相关部门的注意，由于目前没有专用触头压力测量工具，目前只有通过测试开关回路的接触电阻来判断接触部位的触头情况，只能做到事后检修，缺少预防性的监控手段。虽然有些地区研制了专门测试触指压力的仪器，但是大部分基于液压或机械式原理，操作复杂，不能做到实时在线监测。因此急需研
发一种触指压力在线监测系统，提前发现疲劳失效触头并消除隐患，确保电力系统运行的可靠性。


技术实现要素：

8.本发明提供的移开式断路器触指压力测试仪及其测试方法，该测试仪用于梅花触头接触压力的测量，测量直观、准确，无须接交流电源，操作简便快捷，该方法及设备简单易用，解决了变电检修中高压开关柜触头质量监督检测的难题，可广泛应用在运维现场和生产企业。对梅花触头弹簧无需进行拆解便可对高压开关柜内部的梅花触头及运行中的弹簧进行力学性能检测，用以解决实际生产中只能对单个紧固弹簧进行力学检测，而不能对装配后的触头进行检测的难点。
9.本发明涉及的移开式断路器触指压力测试仪，包括压力传感器、采样电路、a/d转换电路、中央处理单元、液晶显示模块、按键模块、时钟模块、存储模块、打印模块和电源管理模块，所述电源管理模块为可充电电源，所述压力传感头与对应的梅花触头触臂外径相同，所述压力传感器输出端依次通过采样电路、a/d转换电路与中央处理单元连接，压力传感器将触头压力变为电信号，经放大、滤波后输出给采样电路，再经a/d转换电路变为数字信号给中央处理单元，液晶显示模块、按键模块、时钟模块、存储模块和打印模块分别与中央处理单元连接，由中央处理单元进行分析计算后，在液晶显示模块上立即显示出压力读数，同时根据配置参数决定是否存储当前测量数据，测试数据根据需要通过自带的打印模块打印测试报告。
10.进一步地，所述压力传感器采用一个基于压阻式压力传感器，包括电阻应变片即压力传感头、文氏电桥、第一放大器、第二放大器、移相器、过零比较器和低通滤波器，脉冲信号分别输入文氏电桥和移相器，所述电阻应变片采集的触指压力信号经过文氏电桥后经过第一放大器放大后与过零比较器输出信号同时给第二放大器，第二放大器将输入信号放大后经过低通滤波器输出。在受到外部压力作用下，电阻应变片产生电信号经过压力传感器处理后，对输入的压力产生一个正比例的电流、电压标准输出信号，传递给中央处理器单元。
11.进一步地，压力传感头的弹性模量≥1000mpa。
12.利用该移开式断路器触指压力测试仪对移开式断路器触指压力测试的方法，其步骤是：
13.步骤1、将压力传感头插到被测的梅花触头中，使梅花触头被撑开至额定开距；
14.步骤2、压力传感器将检测的压力信号变为电信号经过放大滤波后，经采样电路、a/d转换电路发送到中央处理单元；
15.步骤3、中央处理单元将接收的数字信号使用平均滤波算法和限幅滤波算法进行滤波处理，即针对插入瞬间未完全稳定静止时和有干扰时，使用限幅滤波算法，将非常大和非常小的值剔除掉；稳定后使用平均滤波算法，测量多个数据，加在一起求平均，准确性更高)：
16.步骤4、中央处理单元按照按照在压力传感头从开始插入动触头到最后稳定静止后的时间顺序，将接收的数字信号处理后绘制成压力变化曲线，所述压力变化曲线分别为原始曲线、拟合曲线和稳定性曲线，所述原始曲线是测量的原始数据曲线，所述拟合曲线是
测量的稳定数据曲线，所述变化量曲线是测量的稳定性曲线，数据越稳定，该值越小，0表示测量数据不变；最终发送到显示器中进行显示，以宏观显示高压隔离开关动的触指压力变化；
17.步骤5、通过将sd卡存储的历史数据导入电脑，或通过上位机根据选择的设备编号，把对应设备的数据进行分析处理后以曲线的形式通过液晶显示模块显示，方便比对分析。
18.进一步地，所述变化量曲线是使用离散数据拟合算法，实时计算每次采样前后数据，然后相减即为变化量，将这个变化量画出时间-压力变化曲线，其中横坐标单位是ms、纵坐标单位为牛顿。
19.本发明的有益效果是：该测试仪将会为高压开关柜现场触头压力检测提供有效的技术手段，解决变电检修中高压开关柜触头质量监督检测难题，彻底改变当前检修的现状，可实现现场触头压力检测，检测结果准确，使定期现场触头压力检测成为保障供电可靠性的一个重要手段。
附图说明
20.图1是本发明的高压开关柜触头压力测试仪电路结构示意图；
21.图2是本发明的压力传感器电路原理图；
22.图3是本发明的测量曲线示意图。
具体实施方式
23.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。
24.本发明涉及的移开式断路器触指压力测试仪，包括压力传感器、采样电路、a/d转换电路、中央处理单元、液晶显示模块、按键模块、时钟模块、存储模块、打印模块和电源管理模块，所述电源管理模块为可充电电源，所述压力传感头与对应的梅花触头触臂外径相同。所述压力传感器输出端依次通过采样电路、a/d转换电路与中央处理单元连接，压力传感器将触头压力变为电信号，经放大、滤波后输出给采样电路，再经a/d转换电路变为数字信号给中央处理单元，液晶显示模块、按键模块、时钟模块、存储模块和打印模块分别与中央处理单元连接，由中央处理单元进行分析计算后，在液晶显示模块上立即显示出压力读数，同时根据配置参数决定是否存储当前测量数据，测试数据根据需要通过自带的打印模块打印测试报告。
25.所述压力传感器采用一个基于压阻式压力传感器，包括电阻应变片即压力传感头、文氏电桥、第一放大器、第二放大器、移相器、过零比较器和低通滤波器，脉冲信号分别输入文氏电桥和移相器，所述电阻应变片采集的触指压力信号经过文氏电桥后经过第一放大器放大后与过零比较器输出信号同时给第二放大器，第二放大器将输入信号放大后经过低通滤波器输出。在受到外部压力作用下，电阻应变片产生电信号经过压力传感器处理后，对输入的压力产生一个正比例的电流、电压标准输出信号，传递给中央处理单元。
26.压力传感头的弹性模量≥1000mpa，材料表面硬度高，传感头可重复使用一百万次
以上。
27.利用该移开式断路器触指压力测试仪对移开式断路器触指压力测试的方法，其步骤是：
28.1、将压力传感头插到被测的梅花触头中，使梅花触头被撑开至额定开距。
29.2、压力传感器将检测的压力信号变为电信号经过放大滤波后，经采样电路、a/d转换电路发送到中央处理单元。
30.3、在测量过程中，压力信号是连续变化的模拟信号，会受到外界环境和其它干扰，这些干扰使得采集到的信号包含大量的坏数据，出现不真实性，使得测量值不准确。因此为了消除干扰，准确获得到真实信号，需要对输入的压力信号进行滤波处理。首先通过低通滤波器对采样放大后的模拟信号进行硬件滤波，转换成数字信号率，再通过中央处理单元进行软件滤波。中央处理单元将接收的数字信号使用平均滤波算法和限幅滤波算法进行滤波处理，即针对插入瞬间未完全稳定静止时和有干扰时，使用限幅滤波算法，将非常大和非常小的值剔除掉；稳定后使用平均滤波算法，测量多个数据，加在一起求平均，准确性更高。
31.4、中央处理单元按照按照在压力传感头从开始插入动触头到最后稳定静止后的时间顺序，将接收的数字信号处理后绘制成压力变化曲线，所述压力变化曲线分别为原始曲线、拟合曲线和稳定性曲线，所述原始曲线是测量的原始数据曲线，所述拟合曲线是测量的稳定数据曲线，所述变化量曲线是测量的稳定性曲线，数据越稳定，该值越小，0表示测量数据不变；最终发送到显示器中进行显示，以宏观显示高压隔离开关动的触指压力变化。
32.5、通过将sd卡存储的历史数据导入电脑，或通过上位机根据选择的设备编号，把对应设备的数据进行分析处理后以曲线的形式通过液晶显示模块显示，方便比对分析。
33.所述变化量曲线是使用离散数据拟合算法，实时计算每次采样前后数据，然后相减即为变化量，将这个变化量画出时间-压力变化曲线，其中横坐标单位是ms、纵坐标单位为牛顿。
34.该移开式断路器触指压力测试仪的主要功能是：
35.压力测量、数据显示、数据打印、数据存储、历史数据查询、数据上传功能、时钟显示和性能参数。
36.工作环境：-20～40℃，≤80％rh大气压力86～106kpa。
37.电源电压：ac220v
±
10％50hz
±
10％或机内锂电池功率：≤20w。
38.测量范围：≤1000n误差：≤1％。
39.测量直径(触指开距)：5.5mm～90mm。
40.内置锂电池，电源工作时间：≥6小时(可定制)。充电方式：a)专用充电器接面板锂电池充电接口充电；b)面板ac220v插头充电。
41.传感器信号线长度：10m。
42.绝缘电阻＞2mω。
43.介电强度：电源对机壳工频1.5kv耐压1分钟，无闪络与飞弧。
44.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的
权利要求指出。
45.应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。