一种有载分接开关监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及变压器技术领域，尤其涉及一种有载分接开关监测装置。


背景技术：

2.有载分接开关(on load tap changer，oltc)是电力变压器完成调压的核心组件。变压器有载调压技术是稳定电压的重要手段，即在不断电的情况下，有载分接开关将变压器由一个分接头切换到另一个分接头来调节变压器绕组的有效匝数，以达到调压的目的。目前，有载分接开关有机械式以及电力电子式两种技术路线。电力电子式从技术上主要包括纯电力电子和机械电力电子混合式两种路线。采用纯电力电子式有载分接开关替代机械式开关，其开关过程无弧，动作迅速，但是使用电力电子器件数量多、造价高，电力电子器件长期通流需要配置额外水冷设备，损耗大，可靠性低。纯电力电子式有载分接开关处于理论研究阶段。采用机械及电力电子混合式有载分接开关，通过半控电力电子组件代替机械切换开关，使开关过程燃弧小，延长有载分接开关使用寿命。
3.目前变压器有载分接开关内部运行状态无法监测，常规机械式有载分接开关整个机构完全沉浸于变压器油中，特别是高压变压器，存在几百千伏对地电压，电气信号量无法直接实时测量；分接开关机械刀闸动作依靠弹簧储能后推动，弹簧储能依靠电机驱动，无法根据电机动作判断出刀闸动作准确时刻。运维人员无法实时了解分接开关内部运行状态，而有载分接开关的运行工况直接关系到有载调压变压器的运行安全，由于变压器有载分接开关故障造成的变压器起火事故，易造成人员伤亡以及重大设备损失，急需解决运行状态下有载分接开关在线监测问题。
4.现有技术采用在分接开关驱动电机线圈处加装霍尔传感器、在分接开关触头上加装震动加速传感器，在分接开关驱动电机轴上固定安装角位移传感器，但是现有的变压器有载分接开关，其绝大多数都采用采用电机驱动转轴给触发弹簧蓄力，当弹簧蓄力完成后驱动分接开关内部切换刀闸动作，完成档位切换。触发弹簧蓄力时间为秒级(一般在2s～6s)，而弹簧由于个体差异无法精确控制触发时刻，则在实际应用过程中无法准确给出有载分接开关位移-时间曲线及总行程，因此，现有技术存在传感器的安装不合理的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种有载分接开关监测装置，以解决现有的监测装置安装不合理的技术问题。
6.本实用新型提出的技术方案如下：
7.本实用新型实施例提供一种有载分接开关监测装置，应用于电力电子机械混合式有载分接开关，包括：位置传感器，设置于有载分接开关的传动组件上，用于检测有载分接开关的切换刀闸的动作信息；电流传感器，设置于有载分接开关的电力电子组件和切换开关的回路中，用于检测所述电力电子组件的电流信息；信息采集处理器，分别和所述位置传感器与所述电流传感器连接，用于接收动作信息和电流信息，并将动作信息和电流信息输
出。
8.可选地，所述传动组件包括第一传动杆和第二传动杆，所述第一传动杆设置于所述有载分接开关内且和切换刀闸连接，所述第二传动杆的一端和所述第一传动杆连接，另一端穿出所述有载分接开关的外壳并连接所述位置传感器，所述第二传动杆和有载分接开关的外壳转动密封连接。
9.可选地，所述位置传感器包括光源发射器、光源接收器和阻挡件，所述阻挡件和所述第二传动杆连接且和所述第二传动杆同轴转动，所述光源发射器和光源接收器分别设置于所述阻挡件的上下两侧，所述阻挡件上设有至少两个透光孔，当切换刀闸闭合时，所述光源发射器、透光孔和光源接收器形成光源路径，所述光源发射器用于发射光信号，所述光源接收器用于检测是否接收到光信号。
10.可选地，所述阻挡件的中部设有固定孔，所述阻挡件通过所述固定孔和所述第二传动杆卡接。
11.可选地，有载分接开关监测装置还包括控制单元，所述控制单元的一端和所述光源接收器连接，另一端和所述信息采集处理器连接，当光源接收器没有接收到光信号时，所述控制单元向所述信息采集处理器发送动作信息。
12.可选地，有载分接开关监测装置还包括电压传感器，所述电压传感器的两个检测端分别和所述电力电子组件两端连接，所述电压传感器的输出端和所述信息采集处理器连接。
13.可选地，有载分接开关监测装置还包括状态监测显示器，所述状态监测显示器和所述信息采集处理器连接，用于显示动作信息和电流信息。
14.从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：
15.本实用新型实施例提供一种有载分接开关监测装置，该装置包括位置传感器、电流传感器和信息采集处理器，位置传感器设置于有载分接开关的传动组件上，用于检测有载分接开关的切换刀闸的动作信息，电流传感器设置于有载分接开关的电力电子组件和切换开关的回路中，用于检测所述电力电子组件的电流信息，信息采集处理器分别和所述位置传感器与所述电流传感器连接，用于接收动作信息和电流信息，并将动作信息和电流信息输出。本实用新型实施例的有载分接开关监测装置通过在传动组件上安装位置传感器，在电力电子组件和切换开关的回路中设置电流传感器，能够实时监测到电力电子机械混合式有载分接开关内切换刀闸的动作信息和电力电子组件的电流信息，安装位置合理，便于监测有载分接开关内部信息。
附图说明
16.为了更清楚地表达说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本实用新型实施例中有载分接开关监测装置的结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例中电力电子机械混合式有载分接开关的结构示意图；
19.图3为本实用新型实施例中电力电子机械混合式有载分接开关机械部分的结构示
意图；
20.图4为图3中a部的放大图；
21.图5为本实用新型实施例中阻挡件的结构示意图；
22.图6为本实用新型实施例中切换刀闸的结构示意图；
23.图7为本实用新型另一实施例中有载分接开关监测装置的安装结构示意图；
24.图8为本实用新型另一实施例中电力电子机械混合式有载分接开关的拓扑结构示意图；
25.图9为本实用新型实施例中正常情况下监测数据的显示示意图；
26.图10为本实用新型另一实施例中灼蚀情况下监测数据的显示示意图。
具体实施方式
27.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.本实用新型实施例提供了一种有载分接开关监测装置，应用于电力电子机械混合式有载分接开关，如图1所示，有载分接开关监测装置包括：
29.位置传感器403，设置于有载分接开关的传动组件上，用于检测有载分接开关的切换刀闸的动作信息。具体地，本实用新型实施例的有载分接开关监测装置用于监测电力电子机械混合式有载分接开关。如图2所示，电力电子机械混合式有载分接开关包括电子部分和机械部分，电子部分主要包括电力电子组件，机械部分主要包括外壳和外壳内部的分接开关和切换开关。机械部分的结构如图3所示，包括转轴1、传动组件、切换刀闸和外壳14，转轴1的左侧和外部驱动电机连接，如果需要控制内部的切换刀闸动作，通过开启外部电机驱动底部的转轴1，给内部弹簧蓄力，当弹簧达到储能需求后，弹簧释放，驱动分接开关的切换刀闸动作，本实施例中，切换刀闸通过齿轮组与传动组件连接，当分接开关刀闸动作时带动传动组件转动。传动组件的上端穿出机械部分的外壳14，位置传感器403设置于传动组件穿出外壳14外部的部分，用于监测传动组件转动的动作信息，从而监测切换刀闸的动作信息。
30.电流传感器401，设置于有载分接开关的电力电子组件和切换开关的回路中，用于检测电力电子组件的电流信息。具体地，电流传感器采用霍尔传感器，霍尔传感器位于电力电子组件和切换开关的回路中。具体地，采用从电力电子组件和切换开关的回路中通过变压器绝缘套管引出高压电缆的方式，能够实现在引出回路加装霍尔传感器以及高电位电压传感器。利用霍尔电流传感器401监测分接开关切换过程中的工作电流。
31.信息采集处理器402，分别和位置传感器403与电流传感器401连接，用于接收动作信息和电流信息，并将动作信息和电流信息输出。具体地，信息采集处理器402包括a/d转换模块、i/o采集模块、信息处理模块和电源模块，a/d转换模块采用a/d转换器，用于接收霍尔传感器采集的模拟量信号，将其转换为数字量信号传送给信息处理模块，i/o采集模块为i/o端口，用于接收位置传感器403采集到的动作信号，将其传送给信息处理模块。示例性地，信息处理模块采用fpga处理器芯片，型号为ep4ce6e22i7，对接收的信息进行适用于有载分
接开关应用特点的ad信号滤波算法及标幺处理、i/o信号的通信编码处理，其中，ad信号滤波算法及标幺处理、i/o信号的通信编码处理均为现有技术，在此不做过多描述，处理后以数字编码方式输出，例如输出至对应的显示屏显示，便于管理人员监测。电源模块包括电压转换电路，用于为a/d转换模块、i/o采集模块、信息处理模块提供工作所需要的电源，例如a/d转换模块、i/o采集模块、信息处理模块的工作电源为5v、3.3v、1.2v，电压转换电路将市电或电池的电压分别转换成5v、3.3v、1.2v的工作电压。
32.在输出动作信息和电流信息后，相关工作人员或智能判断终端可以根据动作信息和电流信息出现的时间判断切换刀闸是否出现异常并报警。具体地，如图6所示，在电力电子机械混合式有载分接开关中，切换刀闸包括动触头和静触头，动触头上有特殊设计的铜钨引弧点，在电力电子机械混合式有载分接开关正常工作时，因为只有在静触头和动触头完全分开后，电力电子组件上才会流过电流，所以电力电子组件的动作信息的起始时间与电流信息的起始时间有一定间隔，位置传感器403的动作信号提前于电流传感器401给出电流信号的起始时间。当分接开关频繁切换，动触头铜钨引弧点被灼蚀的情况下，随着铜钨引弧点的烧蚀，会导致动静触头分离时间变短，电力电子组件电流信号的起始时间逐渐提前。因此可以通过设置电流越限保护阈值，当提前量小于电流越限保护阈值时就说明动触头铜钨引弧点被灼蚀的情况较为严重，需要检修。例如，当提前到位置传感器403起始时刻10ms内，则发出电流异常报警。同时由于动触头铜钨引弧点灼蚀，其合闸时刻由于间隙加大，电力电子组件电流通流时间增长，其通流时刻逐渐后延，电力电子组件的电流结束时间与位置传感器403的动作信息结束时间间隔也逐渐减小，因此也可以将结束的时间间隔对比电流越限保护阈值来判断是否出现铜钨引弧点灼蚀的异常，例如，当电力电子组件的电流结束时间与位置传感器403的动作信息结束时间间隔小于10ms时，则开始报警。
33.本实用新型实施例提供的一种有载分接开关监测装置，应用于电力电子机械混合式有载分接开关，包括位置传感器403、电流传感器401和信息采集处理器402，位置传感器403设置于有载分接开关的传动组件上，用于检测有载分接开关的切换刀闸的动作信息，电流传感器401设置于有载分接开关的电力电子组件和切换开关的回路中，用于检测电力电子组件的电流信息，信息采集处理器402分别和位置传感器403与电流传感器401连接，用于接收动作信息和电流信息，并将动作信息和电流信息输出。本实用新型实施例的有载分接开关监测装置通过在传动组件上安装位置传感器403，在电力电子组件和切换开关的回路中设置电流传感器401，能够实时监测到电力电子机械混合式有载分接开关内切换刀闸的动作信息和电力电子组件的电流信息，安装位置合理，便于监测有载分接开关内部信息。
34.在一实施例中，参见图3、图4，传动组件包括第一传动杆和第二传动杆4，第一传动杆设置于有载分接开关内且和切换刀闸连接，第二传动杆4的一端和第一传动杆连接，另一端穿出有载分接开关的外壳14并连接位置传感器403，第二传动杆4和有载分接开关的外壳14转动密封连接。具体地，第一传动杆整体转动设置在有载分接开关内部，根据有载分接开关内部结构需求，第一传动杆包括金属传动杆2和绝缘传动杆3；金属传动杆2的一端与转轴1连接，穿设在有载分接开关的下半部分，有载分接开关的上部分为有载分接开关的油室，在通过该部分时，采用绝缘传动杆3，绝缘传动杆3的一端和金属传动杆2连接，绝缘传动杆3的另一端和第二传动杆4的下端连接，第二传动杆4的上端朝向有载分接开关的壳体的外部伸出，且设置有位置传感器403，第二传动杆4和有载分接开关的外壳14通过轴承转动密封
连接。本实施例通过设置第二传动杆4以安装位置传感器403，使得位置传感器403能够在载分接开关的外部检测切换刀闸的动作信息，安装方便且不影响有载分接开关工作。
35.在一实施例中，参见图4和图5，位置传感器403包括光源发射器7、光源接收器8和阻挡件5，阻挡件5和第二传动杆4连接且和第二传动杆4同轴转动，光源发射器7和光源接收器8分别设置于阻挡件5的上下两侧，阻挡件5上设有至少两个透光孔12，当切换刀闸闭合时，光源发射器7、透光孔12和光源接收器8形成光源路径，光源发射器7用于发射光信号，光源接收器8用于检测是否接收到光信号。具体地，阻挡件5呈圆盘形，中心位置设有固定孔13，通过固定孔13和第二传动杆4卡接，当第二传动杆4转动时，阻挡件5跟随转动。固定孔13的边缘设有4个透光孔12，沿阻挡件5的边缘间隔90度均匀设置。通过设置4个透光孔12，避免只有一个穿过孔时，由于某种原因被遮挡造成动作误判。
36.光源发射器7和光源接收器8通过外壳14顶部的安装架6固定，不跟随第二传动杆4转动。当切换刀闸闭合时，光源发射器7、透光孔12和光源接收器8沿光源路径对齐，光源发射器7发出的光可以穿过透光孔12，使得光源接收器8接收该光信号，光源接收器8接收到光信号时，不会向信息采集处理器402发出动作信号。当切换刀闸转动，同时会带动第一传动杆和第二传动杆4转动，则会带动阻挡件5转动，此时，阻挡件5的透光孔12会偏离光源路径，此时，阻挡件5将光源发射器7发出的光阻挡住，光源接收器8无法接收到光信号，则发送动作信号给信息采集处理器402。当切换刀闸动作完成后，下一个透光孔12刚好和光源路径对齐，光源接收器8重新接收到光信号，停止发送动作信号。
37.在一实施例中，有载分接开关监测装置还包括控制单元，控制单元的一端和光源接收器8连接，另一端和信息采集处理器402连接，当光源接收器8没有接收到光信号时，控制单元向信息采集处理器402发送动作信息。控制单元采用单片机，通过单片机处理光源接收器8的信息，当光源接收器8没有接收到光信号时，控制单元向信息采集处理器402发送动作信息。在其他实施例中也可以采用集成控制单元的光源接收器8，则可以不需要额外设置控制单元。
38.在一实施例中，如图6所示，有载分接开关监测装置还包括电压传感器，电压传感器的两个检测端分别和电力电子组件两端连接，电压传感器的输出端和信息采集处理器402连接。具体地，电压传感器采用高电位电压传感器。可以直接测量分接开关切换动作过程中的电气信号量。在有载分接开关的电子部分的电力电子组件的两端使用变压器绝缘套管引出高压电缆连接电压传感器，信息采集处理器402通过电压传感器获取电力电子组件电压信号，根据系统要求设定电力电子组件过压保护值，根据电力电子组件电压信号判断切换过程是否正常，给出过压保护报警或者变压器跳闸申请。
39.在一实施例中，有载分接开关监测装置还包括状态监测显示器，状态监测显示器和信息采集处理器402连接，用于显示动作信息和电流信息。此外，监测显示器还用于显示电压传感器检测的电压信号。具体地，监测显示器根据电压信号、动作信息和电流信息绘制动作曲线、电流曲线、电压曲线进行显示，根据系统要求设置过压保护阈值、电流动作越限保护阈值，当出现电力电子组件存在过压工况时，给出过压报警或变压器跳闸申请，当出现电力电子组件出现电力越限时(即电流提前量或截止动作时刻间隔小于电流动作越限保护阈值)，给出分接开关触头灼蚀告警或者变压器跳闸申请。
40.具体地，本实施例中监测的机械电力电子混合式有载分接开关的拓扑结构图如图
8所示，切换刀闸可以等效为第一开关100、第二开关200、第三开关300和第四开关400，电力电子组件包括第一电力电子开关701、第二电力电子开关702和第三电力电子开关703。具体的动作曲线、电流曲线、电压曲线如图9和图10所示。在图9和图10所示的波形中，从上到下依次为第三电力电子开关703电压曲线、第三电力电子开关703电流曲线、第二电力电子开关702电压曲线、第二电力电子开关702电流曲线、第一电力电子开关701电压曲线、第一电力电子开关701电流曲线、第一开关100刀闸动作曲线和第二开关200刀闸动作曲线。图9为正常工作时的波形，其中第二开关200刀闸和第三电力电子开关703电流曲线的提前量为17ms。
41.当切换刀闸频繁切换后，触头铜钨引弧点被灼蚀的情况下，电力电子开关的电流曲线的起始时刻逐渐提前，提前量逐渐缩小，当提前量小于10ms时，则开始报警，当提前量小于2ms时，申请变压器跳闸检修。例如图10中第一开关100刀闸动作曲线的下降沿(图10中左侧为下降沿，右侧为上升沿)和第一电力电子开关701电流曲线的起始时刻的时间间隔就是对应的提前量，图10中其提前量为9ms，说明动触头铜钨引弧点灼蚀较为严重，开始报警。同时由于动触头铜钨引弧点灼蚀，其合闸时刻由于间隙加大，电力电子组件电流通流时间增长，其通流时刻逐渐后延，动作信息的结束时间与电流信息的结束时间的间隔也缩减缩小，即截止动作时刻间隔也会随着铜钨引弧点灼蚀而减小。当电力电子组件通流结束时刻与位置传感器403动作曲线结束时刻间隔小于10ms时，例如图10中第二开关200刀闸动作曲线的上升沿和第一电力电子开关701电流曲线的结束时刻的间隔为截止动作时刻间隔，当截止动作时刻间隔小于10ms时，则开始报警；当电力电子组件电流通流截止时刻与位置传感器403截止动作时刻间隔小于5ms时，申请变压器跳闸检修。
42.此外，利用高电位电压传感器监测有载分接开关切换过程中电力电子组件两端电压。在有载分接开关正常切换过程中，电力电子组件两端耐受电压波形正常，以
±
800kv换流变压器为例，根据其级间电压、运行电流值和过渡电阻阻值确定相应的耐受电压峰值，其切换过程中耐受电压峰值不应超过10kv，当切换过程出现异常时，如切换刀闸短路，电力电子组件承受电压超过10kv，如当图10中第一电力电子开关701电压曲线、第二电力电子开关702电压曲线或第三电力电子开关703电压曲线的电压超过10kv时，申请变压器跳闸检修。
43.本实用新型实施例有载分接开关监测装置的工作原理如下：
44.1、上电开机，信息采集处理器402开机复位，开始采集霍尔传感器、高电位电压传感器信息，状态监测显示器启动工作处于待触发状态，有待机械电力电子有载分接开关正式切换记录状态信息。
45.2、当机械电力电子混合式有载分接开关开始切换，切换刀闸动作时带动第一传动杆和第二传动杆4转动，进而转动阻挡件5，阻挡件5遮挡光信号，光源接收器8接收不到光信号，控制单元将切换启动信号发送给信息采集处理器402，信息采集处理器402将切换启动信号上发给状态监测显示器，状态监测显示器启动自动触发功能，开始记录触发时刻后信息采集处理器402上传的电压信息、动作信息和电流信息；当切换刀闸动作完成后，转动阻挡件5转动到位，光源接收器8重新得光，控制单元将切换完成信号发送给信息采集处理器402，信息采集处理器402将切换完成信号上发给状态监测显示器，本次切换显示器结束本次切换记录。
46.3、状态监测显示器根据切换过程中记录的切换动作起始结束时刻，根据信息采集
处理器402上传的电压信息、动作信息和电流信息，绘制电压曲线、动作曲线和电流曲线。
47.4、根据系统要求设定电力电子组件过压保护值和电流越限保护阈值，判断切换过程是否正常。根据电力电子组件电压曲线判断切换过程是否正常，当电压过高时，给出过压保护报警或者变压器跳闸申请。根据系统要求设定电流越限保护阈值，根据电力电子组件电流曲线以及机械刀闸动作位置信息，判断切换过程是否正常，当出现异常时，给出触头灼蚀报警或者变压器跳闸申请。
48.5、等待下一次分接开关切换，重复之前判定流程。
49.以上，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。