一种真空断路器动作姿态监测装置的制作方法

一种真空断路器动作姿态监测装置
1.技术领域：
2.本实用新型涉及电力电子技术领域，特别涉及一种真空断路器动作姿态监测装置。
3.

背景技术：

4.随着经济的发展，电网容量的迅速增加，电力系统对供电可靠性的要求越来越高。电力设备是电力系统的基本元件，是保证电力系统安全、稳定、经济运行的基础；高压断路器是电力系统中最重要的高压开关设备，它在电网中起着控制和保护的双重作用，若高压断路器发生故障会引起大面积停电，造成巨大的经济损失。为了保证断路器安全可靠的运行，电力运维人员需要经常对断路器进行必要的检修，及早发现断路器的各种缺陷，避免这些缺陷发展成严重的故障，这样的运维流程存在维修量大、运维费用高、运维具有盲目性等不足。
5.目前，随着计算机技术、传感器技术等的飞速发展，电力系统正在致力将检修计划做到更合理、更科学，以设备的实际运行状态为依据，并根据运行数据安排必要、合理的维修，则对高压断路器的运行状态监测就提出了更高的要求；目前高压断路器的状态监测多集中于对断路器分合状态进行监测，没有对断路器的分合过程进行监测的，并且断路器在动作时的时间非常短，大多在20ms-40ms之间，普通的信号采集速率达不到对断路器的监测需求，因此也就无法通过收集的数据去提前分析断路器可能存在的故障和缺陷。
6.

技术实现要素：

7.本实用新型提供一种真空断路器动作姿态监测装置，用以解决现有技术中无法对断路器分合过程进行监测，且信号采集速率难以满足监测需求，无法提前预测断路器故障和缺陷的问题。
8.一种真空断路器动作姿态监测装置，包括：待测真空断路器主触头的端部安装有三轴加速度传感器和三轴陀螺仪，待测真空断路器的分闸辅助触点、合闸辅助触点、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、数据存储模块、声光报警模块、人机交互模块分别与控制器模块电连接，电源模块为控制器模块、声光报警模块以及人机交互模块供电。
9.较佳的，分闸辅助触点和合闸辅助触点与控制器模块之间连接开关量监测保持电路。
10.较佳的，开关量监测保持电路包括顺序连接的脉冲吸收单元、光电耦合器、rc延时单元以及施密特反相器；分闸辅助触点接入开关量监测保持电路的信号输入端。
11.较佳的，真空断路器动作姿态监测装置还包括：延时电路，所述延时电路连接所述控制器模块。
12.较佳的，人机交互模块与控制器模块之间通过rs485通讯模块连接。
13.较佳的，人机交互模块包括显示模块和输入模块。
14.较佳的，声光报警模块包括：蜂鸣器模块和led模块；蜂鸣器模块与led模块分别与控制器模块的输入输出口连接。
15.本实用新型有益效果包括：通过对断路器在动作状态下对断路器运动部件的三轴
加速度和三轴角速度的采集存储，并且基于断路器辅助触点提供的信号进行比对分析，将故障信息呈现给运维人员，并且将断路器的姿态变换数据也进行存储显示，为运维人员提供维修的数据基础，由运维人员对数据进行分析，使得能够及早发现断路器所存在的机械老化以及故障问题；进一步的，断路器辅助触点提供的开关信号通过开关量监测保持电路的处理，可以有效解决由于电磁干扰引起的开关量输入产生的抖动，避免因开关量抖动而产生错误的输入信号。
16.附图说明：
17.附图1是一幅较佳实施方式的真空断路器动作姿态监测装置的结构示意图。
18.附图2是一幅较佳实施方式的开关量监测保持电路的结构示意图；
19.附图3是一副较佳实施方式的开关量监测保持电路的电路图；
20.附图4是一副较佳实施方式的经过开关量监测保持电路处理前后的波形图。
21.具体实施方式：
22.鉴于此，本实用新型提供了一种真空断路器动作姿态监测装置，以下结合说明书附图对本实用新型的优选实施例进行说明。
23.参阅图1-图4所示，一种真空断路器动作姿态监测装置，包括：待测真空断路器主触头的端部安装有三轴加速度传感器和三轴陀螺仪，待测真空断路器的分闸辅助触点、合闸辅助触点、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、数据存储模块、声光报警模块、人机交互模块分别与控制器模块电连接，电源模块为控制器模块、声光报警模块以及人机交互模块供电。
24.具体的，本实用新型实施例中的真空断路器动作姿态监测装置，可以提供真空断路器动作部件的姿态监测，主要通过三轴加速度传感器和三轴陀螺仪实现；在需要监测的真空断路器的主触头端部安装三轴加速度传感器和三轴陀螺仪，三轴加速度传感器和三轴陀螺仪是基于mpu6050芯片的传感器，在真空断路器动作时，三轴加速度传感器和三轴陀螺仪会传回采样数据至控制器模块，控制器模块采用stm32f429igt6单片机；将真空断路器的分闸辅助触点和合闸辅助触点的信号同时接入控制器模块，真空断路器的主触头从分闸到合闸起始的瞬间，分闸辅助触点从闭合状态到断开，此时，控制器模块收到分闸辅助触点断开的信号；当合闸动作完成后，合闸辅助触点从断开状态到闭合，控制器模块收到合闸成功的信号；在此过程中，真空断路器完成了合闸动作，这段时间就是监测真空断路器合闸过程中，主触头动作姿态的时机，因此，在控制器模块收到分闸辅助触点断开信号时，控制器模块开始进入高频数据采集模式，将采集三轴加速度和三轴角速度的频率增加至1ms每次，这样可以完整的将合闸过程中，主触头的动作姿态数据完整的采集下来，送至数据存储模块进行存储，并通过人机交互模块向运维人员显示。
25.若在上述合闸过程中，控制器模块只收到了分闸辅助触点的断开信号，在经过一个时间段的延迟后，该延迟时间大于真空断路器的动作时间，依旧未收到合闸辅助触点的闭合信号，则判定真空断路器故障，由声光报警模块通知运维人员检修，同时，也将采集的三轴加速度和三轴角速度的信号显示在人机交互模块，供运维人员参考。
26.在真空断路器动作之外的时间段，控制器模块不会监测到分闸辅助触点和合闸辅助触点回传信号，日常监测真空断路器主触头的动作姿态数据时，采用1s每次的频率进行采集，将采集到的三轴加速度和三轴角速度数据与上一次采集到的三轴加速度和三轴角速度数据进行对比，若与前一次比较的差值大于设定阈值，则由控制器模块发送报警信息至
声光报警模块。即认为待测真空断路器未进行合闸或分闸动作，但采集到的主触头的动作姿态数据变化过大，断路器存在某种故障，需要报警通知运维人员设备故障。
27.进一步的，分闸辅助触点和合闸辅助触点与控制器模块之间连接开关量监测保持电路。开关量监测保持电路用于处理分闸辅助触点和合闸辅助触点传回的信号，使其能够有效解决由于电磁干扰引起的开关量输入产生的抖动，避免因开关量抖动而产生错误的输入信号；开关量监测保持电路包括顺序连接的脉冲吸收单元、光电耦合器、rc延时单元以及施密特反相器；分闸辅助触点接入开关量监测保持电路的信号输入端。
28.参阅图3所示，开关量监测保持电路的信号输入端连接第一电阻r155一端，二极管d112一端、第二电阻r153一端以及第一电容c156一端连接第一电阻r155另一端，二极管d112另一端、第二电阻r153另一端以及第一电容c156另一端连接24v电源，其中，光电耦合器u108之前的电路部分，为脉冲吸收单元，第一电容c156两端接光电耦合器u108的输入端，光电耦合器u108的输出端一端接地，另一端接第三电阻r147，第三电阻r147另一端接3.3v电压，光电耦合器u108输出端另一端还连接第四电阻r149一端，第四电阻r49另一端和第二电容c158一端连接，第二电容另一端接地，第四电阻r149和第二电容c158组成rc延时单元，第四电阻r149另一端与施密特反相器ic108e的输入端连接。
29.开关量监测保持电路的工作原理：脉冲吸收单元内部带有隔离的24v直流电源，施密特反相器ic108e输出可以被控制器模块识别的数字信号。真空断路器的分闸辅助触点和合闸辅助触点的连接状态可以被高速光电耦合器u108检测到，通过控制光电二极管导通与否，来控制光电三极管。光电耦合器u108的输入端采用二极管d112、第二电阻r153和第一电容c156的组合电路，可以一定程度上吸收高频抖动产生的电压脉冲尖峰，其中第一电容c156，在断路器的分闸辅助触点或合闸辅助触点开闭瞬间充放电，对开关量输入的检测有一定延时效果，可以避免因开关抖动而产生错误的信号。第二电阻r153起到分流和放电的作用，二极管d112可限制过高的电压。实际延时时间可以通过调整参数完成，具有较好的硬件开关量输入检测防抖功能。光电耦合器u108的输出端，经过第四电阻r149和第二电容c158构成延时电路将信号传输到施密特反相器ic108e实现检测和保持的功能。
30.参阅图4所示，1号通道为施密特反相器的输出信号，2号通道为真空断路器的辅助触点的状态信号，可以看出，辅助触点的开关状态即使有几毫秒的抖动和上下快速跳变，也不影响施密特反相器输出正常的数字信号。
31.人机交互模块与控制器模块之间通过rs485通讯模块连接。人机交互模块包括显示模块和输入模块。声光报警模块包括：蜂鸣器模块和led模块；蜂鸣器模块与led模块分别与控制器模块的输入输出口连接。
32.下面对本实用新型中的真空断路器动作姿态监测装置的运行步骤进行详细描述。
33.步骤一：将三轴加速度传感器和三轴陀螺仪安装在真空断路器的主触头上，并将真空断路器的合闸辅助触点和分闸辅助触点均接入开关量监测保持电路的输入端；
34.步骤二：监测是否接收到真空断路器辅助触点的信号，若未监测到，则进行步骤三；若监测到辅助触点的信号，则进行步骤五；
35.步骤三：控制器模块按照1s一次的频率读取三轴加速度传感器和三轴陀螺仪的数据，并对数据进行存储；
36.步骤四：将采集到的三轴加速度传感器和三轴陀螺仪的数据与上一次采集到的数
据进行比对，若差值大于设定阈值，则由声光报警模块发出报警；若差值小于设定阈值，则继续按照步骤三进行数据采集；
37.步骤五：接收到真空断路器的其中一辅助触点的开关信号，控制器模块按照1ms一次的频率读取三轴加速度传感器和三轴陀螺仪的数据，延时电路计时开始，在延时电路计时到达之前，若再次接收到另一侧辅助触点的开关信号，终止高频采集；在延时电路计时到达之后，还未接收到另一侧辅助触点的开关信号，则由声光报警模块发出报警。
38.综上所述，本实用新型中的真空断路器动作姿态监测装置，通过在断路器动作状态下对断路器运动部件的加速度和角速度数据采集，分析得到整个断路器动作时的姿态数据与速度、加速度数据，根据这些数据汇总为整个断路器动作时的姿态变换流程为运维人员提供维修的数据基础，实现快速判断功能。
39.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。