一种高压断路器操动机构静态性能监测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高压断路器操动机构静态性能监测装置，还涉及一种高压断路器 操动机构静态性能监测方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国国民经济的快速发展，近年来电力需求的增长也随之加快，对电网供电 的可靠性和经济性提出了更高的要求。高压断路器是电力系统中重要的设备，当电力系统 出现短路等异常情况时，断路器的拒动、误动、慢动和三相不同期性等机械故障都可能造成 恶性事故，甚至可以引起设备爆炸，给人民的生命和国家财产带来巨大损失。因此，对高压 断路器的运行中出现的故障及时的进行快速的监测和诊断就显得十分重要。据统计，机械 故障是高压断路器的主要故障，而操动机构是高压断路器的主要部件，也是故障率最高的 机械部件。
[0003] 为了保证电气设备安全、可靠地运行，电力部门每年都需要定期对电气设备停电 进行预防性试验，根据试验结果进行维修。这种预防性的检修主要是在设备交接和停电时 结合大、小修进行预防性试验，检查其绝缘状况和操动机构的机械特性，由于运行人员无法 及时掌握断路器操动机构的机械运行状况，发现故障异常征兆，盲目性大，不仅降低了断路 器的机械寿命，而且导致在预防性维修周期内也常有事故发生。另外，根据统计有10%的断 路器故障是由不正确的检修造成;断路器的大修完全解体，既费时间，费用也很高，而且解 体和重新装配会引起很多新的缺陷。频繁的操作及过度的拆卸检修会降低高压断路器动作 的可靠性。因此，如何对断路器的工作状态进行有效的监测，及时发现断路器的故障，对有 缺陷部位提前进行处理，避免断路器故障恶性发展，防止断路器爆炸等恶性事故的发生，对 于保障电网的安全可靠运行有着十分重要的意义。
[0004] 上世纪80年代开始出现了集箱式断路器机械特性测试仪，这种方法采用的是传统 的检测技术和试验方法，存在自动化程度低、测量误差大和功能不强等缺点。90年代开始出 现微机型高压开关机械特性测试仪，国外在这方面研究较早，可以对开关设备重要参数进 行长期连续在线监测，分析变化趋势，及时发现故障。国内的许多高等院校、科研机构和电 力运营单位也致力于此，如西安中州电力设备有限公司的WDJC微机断路器在线监测系统。
[0005] 但现有的机械特性测试方法大多是基于断路器动态过程如行程-时间检测法、分 合闸线圈电流检测法、振动信号检测法等。实际上，在高压断路器长达30年的使用寿命期 内，断路器的操动机构等机械部件要长期承受较大的储能弹簧静态弹性力，以随时满足断 路器的分合、分合分等操作要求。长期处于储能弹簧静态弹性力与腐蚀、温度应力等综合作 用下，有可能引起操动机构零部件性能的退化，例如弹簧应力松弛、拉杆和拐臂蠕变、掣子 及支架扭曲变形、轴销弯曲移位等，造成断路器长期保持静态状态(合闸或分闸位置)运行 过程中因性能退化使其机械性能无法达到标准要求，降低了断路器的故障电流分断能力， 甚至导致断路器不能正常进行分闸或合闸操作，从而引起事故。因此对运行中的高压断路 器静态性能进行监测并及时诊断故障显得十分重要，将具有巨大的经济和社会效益。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高压断路器操动机构静态 性能监测装置，能够实时评估高压断路器操动机构的静态可靠性。
[0007] 为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:一种高压断路器操动机构静态性 能监测装置，包括:底板、框架、支撑于底板和框架之间的合闸弹簧和分闸弹簧、贯穿合闸弹 簧与底板连接的拉杆一以及贯穿分闸弹簧与底板连接的拉杆二，所述框架上分别开设有供 拉杆一、拉杆二通过的通孔，所述底板的底部设有应力测量装置，所述应力测量装置与合闸 弹簧、分闸弹簧相对应的各设有一个;两所述应力测量装置分别与监控计算机连接；
[0008] 拉杆一、拉杆二受外部作用力带动底板向上运动，合闸弹簧和分闸弹簧压缩储能， 监控计算机通过应力测量装置分别获取合闸弹簧、分闸弹簧的储能应力值，记录操动机构 储能和释能的操作循环次数;结合相应弹簧的初始应力值以及操动机构历史储能、释能的 操作循环次数，计算操动机构应力松弛产生的应力变化量；比较应力变化量与对应年限的 应力松弛量，判断两者偏差是否处于安全范围。
[0009] 所述应力测量装置包括:呈环形放射状均匀分布的多个电阻应变片，相邻电阻应 变片通过引线串联连接。
[0010] 所述电阻应变片呈长方形，电阻应变片在底板上布置时电阻应变片的长边中心线 指向圆心，与其他电阻应变片构成环形放射状。
[0011] 所述电阻应变片包括基膜和设于基膜上的栅形电阻，所述栅形电阻由若干等间距 并列排放的栅条组成，各所述栅条通过导线首尾顺序连接。
[0012] 所述栅条的长度是相邻栅条间距的10倍以上。
[0013] 所述电阻应变片的基膜粘贴于底板的底部。
[0014] 本发明还提供一种采用上述监测装置的高压断路器操动机构静态性能监测方 法，监控计算机通过应力测量装置分别获取合闸弹簧、分闸弹簧的储能应力值，记录操动机 构储能和释能的操作循环次数;结合相应弹簧的初始应力值以及操动机构历史储能、释能 的操作循环次数，计算操动机构应力松弛产生的应力变化量；比较应力变化量与对应年限 的应力松弛量，判断两者偏差是否处于安全范围。
[0015] 计算操动机构应力松弛产生的应力变化量的具体算法如下：
[0016] 步骤801:计算弹簧应力变化值Δ 〇:
[0017] Δ σ = σ〇-σ ； (1)
[0018] 其中：σ〇为监控计算机中储存的弹簧初始应力值，σ为高压断路器操动机构弹簧的 储能应力值;弹簧应力变化值Α σ由操动机构应力松弛和疲劳两部分所产生；
[0019] 步骤802:计算弹簧疲劳Δ σ':
[0020] 监控计算机根据操动机构历史储能、释能操作循环次数η，计算弹簧在这段时间的 弹簧疲劳八(/，计算方法如下：
[0021] 保证操动机构正常运行存在的最小应力值为〇min，对应的最大应力变化值Δ 〇max:
[0022] Δ 〇max = o〇-omin； (2)
[0023] 根据高压断路器的设计机械寿命，其运行年限为X年，机械操作寿命为Y次，则高压 断路器操作Υ次对应的应力变化量Δ σγ为：
[0024] Δσγ= Aomax-ASx； (3)
[0025] 其中ASx为由操动机构应力松弛曲线得到运行X年的应力松弛量，弹簧疲劳Δ (/ 为：
[0027]步骤803:计算操动机构应力松弛产生的应力变化量Δ S:
[0028] AS= Δσ-Δσ7 (5)。
[0029] 与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是:监控计算机通过应力测量装置实 时监测高压断路器操动机构的静态性能，一旦操动机构发生性能退化，即可被监测系统诊 断，发出预警信号并由运维和调度人员有针对性地处理，例如安排备用线路、转移负荷等， 能够尽早进行停电检修，防止电网发生意外故障或者紧急情况下断路器无法及时切断大电 流，避免引起电网故障范围扩大或重要设备的严重损坏。
【附图说明】
[0030] 图1是高压断路器弹簧操动机构和传动系统的结构示意图。
[0031] 图2是应力测量装置的安装示意图。
[0032]图3是采用4个电阻应变片的应力测量装置的安装结构示意图。
[0033]图4是电阻应变片的结构示意图。
[0034]图5是采用电桥法检测电阻应变片电阻值的电路图。
[0035] 101、拉杆一、102、拉杆二；201、合闸弹簧;202、分闸弹簧;3、托盘;4、底板;5、应力 测量装置;51、电阻应变片;511、基膜;512、栅形电阻;6、销钉;7、框架;8、操动杠杆;9、操动 轴；10、转动杠杆；11、储能轴；12、盘形凸轮；13、凸轮；14、分闸掣子；15、分闸支架；16、合闸 支架；17、合闸掣子；18、分闸缓冲器；19、合闸缓冲器;20、驱动杆;21、拐臂;22、连接杆;23、 绝缘子;24、操动杆;25、灭弧单元。
【具体实施方式】
[0036] 如图1所示，是高压断路器的操动机构和传动系统，存在合闸弹簧201和分闸弹簧 202两个储能系统，且在高压断路器完成合闸操作后，合闸弹簧201和分闸弹簧202均处于压 缩储能位置。储能力通过拉杆传至输出转轴及其附属装置上，通过安装于合闸弹簧201和分 闸弹簧202处的应力测量装置5,可以有效监测合闸端储能机械系统和分闸端储能机械系统 的性能退化，例如弹簧疲劳和松弛、销钉6变形、拉杆变形、转轴和凸轮扭曲变形、掣子及支 架变形等。
[0037] 下面结合说明书附图，对本发明提供的高压断路器操动机构静态性能监测装置做 进一步详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限 制本发明的保护范围。
[0038] 如图2所示，高压断路器操动机构静态性能监测装置，包括:底板4、框架7、支撑于 底板4和框架7之间的合闸弹簧201和分闸弹簧202、贯穿合闸弹簧201与底板4连接的拉杆一 101以及贯穿分闸弹簧202与底板4连接的拉杆二102。框架7固定于操动机构的底座（图中未 示出）上，为不可移动的部分。框架7上分别开设有供拉杆一 101、拉杆二102通过的通孔。底 板