一种压板投退器、压板投退机构及压板投退控制系统的制作方法

本发明涉及变电站运维技术领域，特别是一种压板投退器、压板投退机构及压板投退控制系统。

背景技术：

目前，有以下两种方式能实现继电保护的压板投退：电动压板投退和传统软、硬压板投退。

第一，电动压板是新型的压板投退方式，根据投退指令，以电机或推拉式电磁铁作为动力源，通过特定的机械结构带动压板进行投退，其特点是每一个压板后都会配有一个电机或电磁铁。如果屏柜内压板数量特别多时，其生产成本会大大增加，同时也会给柜体带来多余的重量，并且会降低电动压板投退控制系统的可靠性，容易产生误动或失效等不利情况。

第二，传统硬压板广泛应用于各类继电保护柜中，是最常见的压板形式，其工作环境一般为室内，但如果在户外柜中使用硬压板，因户外柜常年放置在条件比较恶劣的环境下，在雨雪风沙的气候条件下操作硬压板容易引起漏电、装置损坏等危险事故。软压板投退在传统定义中是指软件系统中的某个保护或控制功能投退，一般通过更改微机保护的软件控制字来控制投入和退出。软压板无法提供明显可见断开点，也无法提供双确认位置反馈，这违反了有关检修回路必须有明显可见断开点的安全规范。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种压板投退器、压板自动投退机构及压板投退控制系统，以适用于继电保护中的压板自动投退，进而能够实现封闭屏柜内的投退压板操作，为二次设备无人化操作提供基础。

本发明采取的技术方案如下。

一方面，本发明提出一种压板投退器，包括基座、投退驱动电机、电磁铁和传动组件，投退驱动电机安装于基座上，电磁铁通过传动组件传动连接投退驱动电机的输出轴；基座包括延伸至电机输出轴外周的外壳，外壳上设有导轨槽；

所述传动组件包括活塞，活塞一端传动连接电机输出轴，另一端固连电磁铁；活塞上固设有可沿所述导轨槽移动的导向销，活塞通过导向销滑动连接所述外壳。

本发明的压板投退器在应用时，通过向投退驱动电机输入控制信号可控制投退驱动电机输出轴的转动角度。当输出轴转动即可带动活塞在外壳上导向销特定轨迹的限制下转动或轴向前后移动，进而可带动端部的电磁铁转动或前后移动。当电磁铁移动到指定位置，即可控制电磁铁通电，对相应位置的压板执行压板投退操作。

可选的，所述传动组件还包括设有外螺纹的螺纹杆；螺纹杆一端固连投退驱动电机的输出轴；

活塞为中空设置且一端开口，活塞内侧部设有与螺纹杆外螺纹相配合的螺纹销，使得螺纹杆的转动，能够带动活塞转动或在周向运动被限制的状态下沿轴向移动。也即，投退驱动电机的输出轴通过螺纹杆与活塞之间形成了蜗杆传动结构形式，使得电机输出轴的转动能够转化为活塞的轴向直线移动或者在外周无限制的状态下跟随转动。

可选的，螺纹杆、活塞和投退驱动电机输出轴三者之间同轴设置，投退驱动电机的输出轴嵌入式固定于螺纹杆一端内；

所述外壳延伸至投退驱动电机输出轴外周的部分为筒状，筒状延伸部的轴向长度大于投退驱动电机输出轴的长度，导轨槽位于所述筒状延伸部上；

所述导轨槽为u形。

由于导向销端被限位于导轨槽中，故当活塞被投退驱动电机输出轴驱动，在导轨槽的限制下，导向销仅可沿特定轨迹移动，即实现活塞的直线运动或旋转运动，从而可带动电磁铁前后移动或旋转。

u形的导轨槽可以实现直线-转动-直线的活塞动作组合，能够适用于插拔式压板投退时，在电磁铁通电吸附压板后，首先通过回退式的直线运动将压板拉出，然后通过转动旋转压板，再通过推出式的直线运动将旋转后的压板推入，即完成插拔式压板的投退操作。鉴于压板投退操作可能会存在的其它直线旋转组合形式，导轨槽的形状可根据需要设置为其它形状。

可选的，所述电磁铁通过电磁铁支架固连活塞端部；电磁铁支架为中空设置，电磁铁卡接于电磁铁支架的内部一端，电磁铁支架的另一端固定套设于活塞端部外周。

第二方面，本发明提出一种基于第一方面所述压板投退器的压板投退机构，包括框架、压板投退器和投退器移动驱动单元；投退器移动驱动单元包括移动驱动电机、传动同步带和移动副；

移动驱动电机为至少2个，分别安装于框架的两侧端部或同侧两端部，其输出轴上安装有输出同步轮，框架的四个角部中，未安装移动驱动电机的角部分别安装有框架同步轮；

框架上设有至少一直线横导轨；移动副包括上下相对设置的安装座，两安装座之间固连至少一直线纵导轨，至少一安装座上设有与所述直线横导轨相适配的横滑块；移动副通过所述横滑块滑动连接所述直线横导轨；两安装座的左右两侧分别设有移动副同步轮；

压板投退器的基座一侧设有基座垫柱，压板投退器的基座至少一侧设有与所述直线纵导轨相适配的纵滑块，压板投退器的基座通过所述纵滑块滑动连接所述直线纵导轨；

所述传动同步带在传动路径中分别与输出同步轮、移动副同步轮、框架同步轮之间滚动连接，与基座垫柱之间固定连接，形成传动带回路，使得至少2个移动驱动电机输出轴的转动，能够带动移动副沿所述直线横导轨滑动，或者能够带动压板投退器沿直线纵导轨滑动。

以上所称同步皆仅指代转速相同，方向根据至少两移动驱动电机的转向变化。

可选的，所述传动同步带在压板投退器的移动平面内与输出同步轮、移动副同步轮、框架同步轮、基座垫柱之间相接，形成工字型回路。

可选的，移动驱动电机的数量为两个，分别安装于框架一侧的上下两端部；

框架上平行设置有2条直线横导轨，移动副的两安装座顶部分别设置一横滑块，各安装座分别通过相应的横滑块滑动连接一直线横导轨；

移动副包括相互平行的两直线纵导轨，压板投退器的基座两侧分别设有相应的纵滑块滑动连接所述直线纵导轨。

可选的，所述传动同步带由上部输出同步轮，经移动副的上部安装座穿过后，依次绕过上部框架同步轮、朝向已绕框架同步轮一侧的一上部移动副同步轮、一下部移动副同步轮，下部框架同步轮，然后从移动副的下部安装座穿过，再依次绕过下部输出同步轮、另一下部移动副同步轮、另一上部移动副同步轮后至上部输出同步轮，形成工字型传动回路；

传动同步带在移动副左侧/右侧的上部移动副同步轮与下部移动副同步轮之间与基座垫柱固连。也即，压板投退器的基座仅有一侧与传动同步带相接，使得压板投退器的上下移动仅由一侧传动同步带带动，因此，压板投退器在移动平面内的上下移动和左右移动是不会相互干涉的。

可选的，所述框架上还设有压板安装面板，压板投退器的移动平面平行于压板安装面板，压板投退器安装电磁铁的一端朝向压板安装面板。

本发明的压板投退机构在应用时，可通过控制不同驱动电机在同步转动时的方向相同或不同，并配合转动的角度，实现压板投退器在水平位置和竖直方向位置的移动，也即实现压板投退器在移动平面内任意位置的变化，从而可适应压板安装面板上位置不同的压板的投退。

第三方面，本发明还提出一种基于第二方面所述压板投退机构的压板投退控制系统，包括压板投退机构，数据处理器和动作控制器；压板投退机构中，压板投退器还包括电机控制输入端和电磁控制输入端：

数据处理器接收外部压板投退控制指令，根据压板投退控制指令确定压板投退器目标位置，然后根据压板投退器目标位置，计算各移动驱动电机的转动方向和转动圈数；

动作控制器接收各移动驱动电机的转动方向和转动圈数，控制相应移动驱动电机转动，使得压板投退器移动至目标位置；响应于压板投退器移动至目标位置，通过电机控制输入端控制投退驱动电机转动，通过电磁控制输入端控制电磁铁的通电，以执行压板投退操作；响应于压板投退操作结束控制电磁铁的断电。

可选的，压板投退控制系统还包括位置传感器和视觉传感器，视觉传感器监视压板投退器的压板投退执行过程图像，传输至数据处理器；压板安装位置上分别设有位置传感器，位置传感器监测当前位置处压板的投退状态，传输至数据处理器。数据处理器可根据位置传感器和视觉传感器的信号判断压板投退是否操作成功，从而响应于操作成功退出控制，或者响应于操作不成功，重新通过动作控制器控制压板投退操作再次执行。即实现了操作控制的闭环，此后，本发明的压板投退控制系统还可将过程中涉及的状态数据和视频图像数据等上传至云端，能够实现远端的遥控和在线监测功能等。

为简化控制逻辑，每次压板投退操作的投退器初始位置相同，操作结束后控制投退器退回至初始位置。

有益效果

本发明的压板投退器能够通过外部控制信号实现对投退驱动电机的控制，从而通过电磁铁的移动或旋转控制实现压板的投退操作。

压板投退机构提供了一种有效的压板投退器移动可控模式，使得压板投退器能够在与压板安装平面相平行的移动平面内实现横向和纵向的移动，从而能够进行压板安装平面内多处压板的投退操作。

压板投退控制系统则为压板的自动投退实现提供了一种可靠方案，能够实现封闭屏柜内压板投退的自动控制，对户外柜防护性能的提升有较大意义。同时，配合传感器系统，本发明能够使得硬压板从就地投退、人工巡检转变为遥控投退、自动巡检，从分布式管理转变为集中式管理，有效较低运维人员的工作量和操作风险，降本增效。

此外，本发明不仅不影响压板原有的手动投退方式，而且保留了硬压板明显可见断开点的先天优势，可以提供相关安全规范中要求的双确认投退位置反馈。

附图说明

图1为本发明一种实施例中压板自动投退器的结构示意图；

图2为本发明一种实施例中投退器单元的结构示意图；

图3为本发明一种实施例中投退器单元的剖面示意图；

图4为本发明一种实施例中移动副单元的结构示意图；

图5为本发明一种实施例中框架单元的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。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。

在本发明专利的描述中，需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

在本发明专利的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明专利的限制。

在本发明专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明专利中的具体含义。

本发明的发明构思为：利用人工智能实现“机器代替人”执行投退压板的操作，提高继电保护柜的防护等级。针对“机器代替人”执行投退压板的操作，提出一种基于蜗杆导轨传动的压板投退机构，从而实现在封闭屏柜内投退压板的操作。

实施例1

参考图1至图3所示，本实施例为一种压板投退器1，包括基座11、投退驱动电机12、电磁铁17和传动组件，投退驱动电机安装于基座11上，电磁铁17通过传动组件传动连接投退驱动电机12的输出轴；基座11包括延伸至电机输出轴外周的外壳，外壳上设有导轨槽；

传动组件包括活塞14，活塞14一端转动连接投退驱动电机输出轴，另一端固连电磁铁17，活塞14上固设有可沿所述导轨槽移动的导向销16，活塞14通过导向销16滑动连接外壳。

本实施例的压板投退器在应用时，为实现控制输入，压板投退器可设置电机控制输入端和电磁控制输入端作为外部指令接口，通过输入投退驱动电机控制信号可控制投退驱动电机输出轴的转动角度。当输出轴转动即可带动活塞在外壳导轨槽的限制下运动，进而可带动端部的电磁铁直线移动或转动，达到压板投退的目的。

实施例1-1

基于实施例1，本实施例中：

传动组件还包括设有外螺纹的螺纹杆13，螺纹杆13一端固连投退驱动电机12的输出轴；活塞14为中空设置且一端开口，活塞14内侧部设有与螺纹杆外螺纹相配合的螺纹销15，使得螺纹杆13的转动，能够带动活塞14转动或在周向运动被限制的状态下沿轴向移动。投退驱动电机的输出轴通过螺纹杆与活塞之间形成了蜗杆传动结构形式，使得电机输出轴的转动能够转化为活塞的轴向直线移动或者在外周无限制的状态下跟随转动。

螺纹杆13、活塞14和投退驱动电机输出轴三者之间同轴设置，投退驱动电机的输出轴嵌入式固定于螺纹杆13一端内。

外壳延伸至投退驱动电机输出轴外周的部分为筒状，筒状延伸部的轴向长度大于投退驱动电机输出轴的长度，导轨槽位于所述筒状延伸部上。

本实施例导轨槽设置为u形，u形的导轨槽可以实现直线-转动-直线的活塞动作组合，能够适用于插拔式压板投退时，在电磁铁通电吸附压板后，首先通过回退式的直线运动将压板拉出，然后通过转动旋转压板，再通过推出式的直线运动将旋转后的压板推入，即完成插拔式压板的投退操作。

螺纹销15可采用螺钉前端磨圆顶改造而来，使得活塞与螺纹杆之间的蜗杆传动摩擦力减小。当然，在其他实施例中亦可为其他结构，例如采用不锈钢销或者活塞14内孔直接焊有可与螺纹杆13相配合的半球体，并非以本实施例为限。

电磁铁17通过电磁铁支架18固连活塞14端部；电磁铁支架18为中空设置，电磁铁卡接于电磁铁支架的内部一端，电磁铁支架的另一端固定套设于活塞端部外周。电磁铁支架18的作用是固定支撑电磁铁17，并引导压板与电磁铁17接触。

本实施例压板投退器在应用时，投退驱动电机12输出轴刚性连接螺纹杆13，工作时投退驱动电机12转动带动螺纹杆13同轴心同角度转动，进而将动力传递到活塞。由于固定连接活塞的导轨销16只能在导轨槽中移动，所以活塞14只能按导轨槽对应的预设轨迹运动。通过调整螺纹杆13螺纹螺距、螺纹半径、投退器基座11导轨槽形状和长度，可设置活塞14的旋转角度、前进和后退范围，也即预设轨迹。在实际操作中，压板投退器1通过上述设计可实现的功能包括完成电磁铁17和电磁铁支架18在轴线上的前进、旋转和后退的操作。

实施例2

基于实施例1，结合图1至图5，特别是图1，本实施例为一种基于实施例1中压板投退器的压板投退机构，包括框架3、压板投退器1和投退器移动驱动单元；压板投退器1可为实施例1中的任一种实施方式；投退器移动驱动单元包括移动驱动电机、传动同步带4和移动副2；

参考图5所示，移动驱动电机为至少2个，分别安装于框架3的两侧端部或同侧两端部，其输出轴上安装有输出同步轮36，框架的四个角部中，未安装移动驱动电机的角部分别安装有框架同步轮37；

框架上设有至少一直线横导轨35；参考图4所示，移动副2包括上下相对设置的安装座22，两安装座之间固连至少一直线纵导轨23，至少一安装座上设有与所述直线横导轨35相适配的横滑块21；移动副2通过所述横滑块21滑动连接所述直线横导轨35；两安装座的左右两侧分别设有移动副同步轮24；

压板投退器1的基座11一侧设有基座垫柱101，压板投退器1的基座至少一侧设有与所述直线纵导轨23相适配的纵滑块19，压板投退器1的基座通过所述纵滑块19滑动连接所述直线纵导轨；基座垫柱为平行设置的两个，两基座垫柱端部之间连接有垫柱加强筋。

所述传动同步带4在传动路径中分别与输出同步轮36、移动副同步轮24、框架同步轮37之间滚动连接，与基座垫柱101之间固定连接，形成传动带回路，使得至少2个移动驱动电机输出轴的转动，能够带动移动副沿所述直线横导轨滑动，或者能够带动压板投退器沿直线纵导轨滑动。

由于压板投退器的基座垫柱与传动同步带为固定连接，因此，传动同步带与基座垫柱连接点的位置被限定在移动副中直线纵导轨的长度范围内，因此，通过调节移动驱动电机的转动方向相同或不同以及切换的时机，可实现压板投退器在移动平面内到任意位置的移动，具体的位置与电机控制方式的对应规则可通过多次试验发现规则。

实施例2-1

基于实施例2，本实施例中：传动同步带4在压板投退器1的移动平面内与输出同步轮、移动副同步轮、框架同步轮、基座垫柱之间相接，形成工字型回路。

参考图1所示，框架包括前框31和后框32，两者之间通过侧梁连接34，前框为压板投退器提供移动安装平面，后框可用于安装压板安装面板。

前框上，移动驱动电机36的数量为两个，分别安装于框架3一侧的上下两端部；

框架3上平行设置有2条直线横导轨35，移动副2的两安装座22顶部分别设置一横滑块21，各安装座22分别通过相应的横滑块21滑动连接一直线横导轨35；

移动副2包括相互平行的两直线纵导轨23，压板投退器1的基座两侧分别设有相应的纵滑块19滑动连接所述直线纵导轨23。

如图1，传动同步带4由上部输出同步轮，经移动副的上部安装座穿过后，依次绕过上部框架同步轮、朝向已绕框架同步轮一侧的一上部移动副同步轮、一下部移动副同步轮，下部框架同步轮，然后从移动副的下部安装座穿过，再依次绕过下部输出同步轮、另一下部移动副同步轮、另一上部移动副同步轮后至上部输出同步轮，形成工字型传动回路；

传动同步带在移动副左侧/右侧的上部移动副同步轮与下部移动副同步轮之间与基座垫柱固连。也即，压板投退器的基座仅有一侧与传动同步带相接，使得压板投退器的上下移动仅由一侧传动同步带带动，因此，压板投退器在移动平面内的上下移动和左右移动是不会相互干涉的。

压板投退器的移动平面平行于压板安装面板，在可移动范围内，压板投退器安装电磁铁的一端朝向压板安装面板。

本实施例的压板投退机构在应用时，可通过控制两台移动驱动电机36在一段时间内同向转动和异向转动，实现将投退器单元1在平面内移动至实现任意指定位置，从而可适应压板安装面板上位置不同的压板的投退。

应用本发明压板投退器的压板可采用不锈钢等能够与电磁铁相互作用的材质，为插拔式压板。这种应用环境下，本实施例压板投退的实现过程可以是：首先，通过两台移动驱动电机36输出动力，经由传动带驱动投退器单元1在直线横导轨35和直线纵导轨23上移动至需投退压板的正对位置。然后，投退驱动电机12转动，驱动投退器单元1顶端与压板接触的电磁铁17和电磁铁支架18进行前进动作。当电磁铁17移动至需投退的插拔式压板上盖板时，电磁铁17通电可将压板不锈钢盖板吸附，此时投退驱动电机12继续转动，电磁铁17后退将压板向后拉出，并通过导轨销16在预设导轨槽中的限位完成压板旋转和向前推入动作，这时可控制电磁铁17断电，压板盖板与电磁铁17失去连接，完成整个压板状态的改变。最后，通过两台移动驱动电机36驱动投退器1复位至初始位置，完成整个压板自动投退操作。

非动作情况下，投退器1可始终位于在框架3中某一初始位置，初始位置设定原则上为不影响人工手动投退压板的位置即可，如初始位置可设置为框架左下角，这样也使得每次控制需要计算电机转数和方向的工作量一定程度上得到简化。

实施例3

为配合实施例1和实施例2的压板投退器、压板投退机构高效完成投退操作，本实施例为一种压板投退控制系统，包括压板投退机构，数据处理器和动作控制器；

压板投退机构为实施例2中压板投退机构的任一种实施方式，压板投退器还包括电机控制输入端和电磁控制输入端：

数据处理器接收外部压板投退控制指令，根据压板投退控制指令确定压板投退器目标位置，然后根据压板投退器目标位置，计算各移动驱动电机的转动方向和转动圈数；

动作控制器接收各移动驱动电机的转动方向和转动圈数，控制相应移动驱动电机转动，使得压板投退器移动至目标位置；响应于压板投退器移动至目标位置，通过电机控制输入端控制投退驱动电机转动，通过电磁控制输入端控制电磁铁的通电，以执行压板投退操作；响应于压板投退操作结束控制电磁铁的断电。

实施例3-1

在实施例3的基础上，为实现闭环控制，本实施例中，压板投退控制系统还包括位置传感器和视觉传感器，视觉传感器监视压板投退器的压板投退执行过程图像，传输至数据处理器；压板安装位置上分别设有位置传感器，位置传感器监测当前位置处压板的投退状态，传输至数据处理器。数据处理器可根据位置传感器和视觉传感器的信号判断压板投退是否操作成功，从而响应于操作成功退出控制，或者响应于操作不成功，重新通过动作控制器控制压板投退操作再次执行。即实现了操作控制的闭环，此后，本发明的压板投退控制系统还可将过程中涉及的状态数据和视频图像数据等上传至云端，能够实现远端的遥控和在线监测功能等。

视觉传感器可采用摄像头，在获取监视图像后，数据处理器可利用现有图像识别技术检测识别整套压板投退动作的执行，位置传感器检测压板当前状态，并将信号传回处理器进行数据整理，从而完成操作控制闭环。

压板投退控制系统最终可将整理后的状态数据和视频图像数据上传至云端，实现远端遥控、在线监测功能等。

在本实例中控制系统将统筹控制投退驱动电机12顺、逆时针转动、电磁铁17通、断电和移动驱动电机36顺、逆时针转动。

本发明的压板投退控制机构或压板投退控制系统可采用模块化设计，整套压板投退机构作为一台与现有屏柜尺寸相适应的装置，具有可实现快速安装、即装即用等优势，从而方便快捷完成从传统压板到智能自动压板的改造。

综上所述，本发明可实现封闭屏柜内自动投退压板的操作动作，使户外柜防护性能有了巨大提升。同时，本发明使硬压板从就地投退、人工巡检转变为遥控投退、自动巡检，从分布式管理转变为集中式管理，有效较低运维人员的工作量和操作风险，降本增效。最后，本发明积极响应调控一体化战略对变电站内所有设备均可控可测的要求，充分利用现有科技促进压板系统的进步，为智能电网的发展提供助力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式以说明本专利申请的原理及其功效，而非用于限制本专利申请。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利申请所揭示的精神与技术思想下，做出的一切等效变型或技术改进，这些变型和改进也应视为本发明的保护范围。