本發(fā)明涉及中壓開關(guān)柜，尤其是涉及一種中壓開關(guān)柜觸頭行程測量方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，智能電網(wǎng)規(guī)?？焖偻茝V。智能一次設(shè)備作為智能電網(wǎng)執(zhí)行控制的重要電力設(shè)備，對電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全、高效地運行起著關(guān)鍵作用。斷路器作為開關(guān)設(shè)備的關(guān)鍵組成部分，實時在線監(jiān)測其狀態(tài)信息，實現(xiàn)開關(guān)設(shè)備的智能化勢在必行。

目前電力系統(tǒng)中推廣的是全封閉型的開關(guān)柜，開關(guān)在工作狀態(tài)時，通過控制裝置來實現(xiàn)分合閘操作。如果動靜觸頭插入行程不夠，就容易在開斷過程中產(chǎn)生燃弧現(xiàn)象，燒毀觸頭，縮短開關(guān)柜的使用壽命，并造成安全事故。通常通過增設(shè)常規(guī)的在線監(jiān)測裝置是進行中壓開關(guān)設(shè)備狀態(tài)評估的一個重要手段，但是，中壓開關(guān)柜的數(shù)量眾多，涉及不同的廠家，不同的電壓等級，不同的機械結(jié)構(gòu)等，給在線監(jiān)測帶來極大的困難。在實際應用中迫切需要一套簡要、有效的中壓開關(guān)設(shè)備評估技術(shù)，其中測量開關(guān)柜觸頭行程是必然的組成部分。

王小華等(王小華，蘇彪等.中壓開關(guān)柜在線監(jiān)測裝置的研制.高壓電器,2009,45(3))選用WDD35D系列精密導電塑料電位器作為角位移傳感器來測量動觸頭行程。中國專利CN103542825A公開一種斷路器行頭測量方法及系統(tǒng)，通過兩路正交增量型編碼器來測量斷路器動觸點的旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)確定的計數(shù)方式對斷路器的行程進行測量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的觸頭行程測量方法中需要人為校正初始狀態(tài)，以及傳感器難安裝等問題，提供需要的傳感器少，易于安裝，測量方法簡單，誤差小的一種中壓開關(guān)柜觸頭行程測量方法。

本發(fā)明包括以下步驟：

1)當中壓開關(guān)柜發(fā)生分合、閘動作時，主軸旋轉(zhuǎn)θ度，與初始位置相比，加速度傳感器的相對位置發(fā)生變化，加速度傳感器受到豎直方向的重力以及圓心方向的向心力，沿著主軸運動的切線方向和圓心方向?qū)Φ?加速度傳感器進行受力分析：

其中，S_1x、S_1y分別為第1加速度傳感器在切線方向和圓心方向上的測量值，a_1x、a_1y分別為第1加速度傳感器的線加速度和向心加速度，θ為主軸旋轉(zhuǎn)的角度；

2)根據(jù)圓周運動加速度計算公式：

其中，w為中壓開關(guān)柜主軸的旋轉(zhuǎn)角速度，r為第1加速度傳感器安裝的位置距離圓心的距離；

將公式(2)代入公式(1)，得到公式(3)：

3)同理對第2加速度傳感器進行受力分析：

利用三角函數(shù)公式，對公式(4)進行變化，得：

用公式(5)減去公式(2)，得：

S_2x-S_1x＝g(sinθ-cosθ) (6)

利用三角函數(shù)，對公式(5)進行變化，得：

其中，g是重力加速度，主軸旋轉(zhuǎn)的角度θ只與第1加速度傳感器的測量值S_1x和第2加速度傳感器的測量值S_2x有關(guān)，因此，只需讀取兩個加速度傳感器測量值S_1x、S_2x，即可求出主軸旋轉(zhuǎn)的角度θ，再根據(jù)公式d＝θR，其中R為加速度傳感器與主軸圓心的距離，即可求出動觸頭運動行程d。

為了驗證本發(fā)明中對角位移測量的準確性，可利用Matlab軟件中的Simulink工具對主軸角位移量的理論值以及反算值進行仿真。

本發(fā)明在慣性系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過加速度傳感器實現(xiàn)觸頭的測量，利用加速度傳感器測量開關(guān)運動主軸的加速度，以兩個加速度傳感器的變化作為原始數(shù)據(jù)，計算觸頭的行程。

所述加速度傳感器用于安裝斷路器傳動機構(gòu)的主軸旋轉(zhuǎn)部位，兩個加速度傳感器安裝夾角為90°，用于測量與斷路器動觸頭運動同步的角加速度信號，并將測量的信號輸入到后臺控制中心進行處理計算。

所述加速度傳感器在測量時不需要進行初始化操作，根據(jù)兩個加速度的相對測量值即可算出觸頭行程量，解決了初始矯正的問題。

本發(fā)明的加速度傳感器與開關(guān)柜觸頭運動行程之間存在反三角函數(shù)關(guān)系。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中涉及兩個加速度傳感器安裝位置的示意圖。

圖2是本發(fā)明中涉及行程改變后加速度傳感器的位置示意圖。

圖3是本發(fā)明中涉及加速度傳感器的受力分析示意圖。

圖4是本發(fā)明中涉及主軸角位移行程測量理論值與反算值對比圖；在圖4中，曲線a為主軸角位移行程測量理論值，b為主軸角位移行程測量反算值。

圖5是本發(fā)明中涉及主軸角位移行程反算結(jié)果的誤差曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的說明。

本發(fā)明的加速度傳感器安裝方法如圖1所示，其具體的安裝如下：

在中壓開關(guān)柜斷路器主軸的側(cè)面上，安裝第1加速度傳感器1和第2加速度傳感器2，用于采集兩個點的位置信息。第1加速度傳感器1和第2加速度傳感器2之間的夾角為90°，安裝方向相同，要求兩個加速度傳感器同圓心的距離相等。

本發(fā)明的觸頭行程測量方法具體實施如下：

如圖2所示，中壓開關(guān)柜發(fā)生分合、閘動作時，主軸旋轉(zhuǎn)θ度。與初始位置相比，加速度傳感器的相對位置發(fā)生變化，對此刻的第1加速度傳感器1進行受力分析，如圖3所示：

第1加速度傳感器1受到豎直方向的重力，以及圓心方向的向心力，沿著主軸運動的切線方向和圓心方向?qū)Φ?加速度傳感器1進行受力分析：

其中S_1x、S_1y分別為第1加速度傳感器1在切線方向、圓心方向上的測量值，a_1x、a_1y分別為第1加速度傳感器1的線加速度和向心加速度，θ為主軸旋轉(zhuǎn)的角度。

根據(jù)圓周運動加速度計算公式：

其中，w為中壓開關(guān)柜主軸的旋轉(zhuǎn)角速度，r為第1加速度傳感器1安裝位置距離圓心的距離。

將公式(2)代入公式(1)，可得到公式：

同理對第2加速度傳感器2進行受力分析：

利用三角函數(shù)公式，對公式(4)進行變化，可得：

用公式(5)減去公式(2)，可得：

S_2x-S_1x＝g(sinθ-cosθ)(6)

利用三角函數(shù)，對公式(5)進行變化，可得：

其中，g是重力加速度，由公式(7)可以看出，主軸旋轉(zhuǎn)的角度θ只與第1加速度傳感器1的測量值S_1x和第2加速度傳感器2的測量值S_2x有關(guān)。因此，只需讀取兩個加速度傳感器的測量值，即可求出主軸旋轉(zhuǎn)的角度，再根據(jù)公式d＝θR，其中R為加速度傳感器與主軸圓心的距離，即可求出動觸頭運動行程d。

為了驗證本發(fā)明中對角位移測量的準確性，利用Matlab軟件中的Simulink工具對主軸角位移量的理論值以及反算值進行仿真。

如圖4所示為分合閘過程中斷路器主軸角位移量的理論值與根據(jù)公式(7)反算出的值的仿真結(jié)果比較。仿真過程中為更好體現(xiàn)實際情況，有考慮測量噪聲。反算值與理論值誤差如圖5所示，從圖中可以看出，反算結(jié)果與理論結(jié)果吻合，誤差控制在0.2％以內(nèi)。

本發(fā)明所述的方法解決了直線傳感器難以應用于中壓開關(guān)設(shè)備的問題，采用小巧輕便的加速度傳感器，根據(jù)角位移與直線位移之間的關(guān)系，獲得觸頭運動行程，實現(xiàn)了用簡單裝置解決高精度測量的問題。