呂晨生，孫堂彬，李洪濤，王利萍，王斌，曲芳

（1.新鄉(xiāng)供電公司；2.河南科技學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

高壓開(kāi)關(guān)柜被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng),作為接受和分配電能之用，其安全、可靠運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)具有十分重要的意義。梅花觸頭作為高壓開(kāi)關(guān)柜手車(chē)斷路器與柜體的連接，具有接觸點(diǎn)多、導(dǎo)電性好、接觸電阻小等特點(diǎn)。手車(chē)斷路器在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中,因梅花觸頭的彈簧老化、氧化等因素造成的觸指壓力降低,導(dǎo)致主回路的接觸電阻增大,從而引發(fā)觸頭發(fā)熱,發(fā)熱引起的接觸面氧化會(huì)進(jìn)一步增大接觸電阻,由此形成的惡性循環(huán)在嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生觸頭熔焊,引發(fā)事故。隨著柜內(nèi)小車(chē)斷路器觸頭發(fā)熱而導(dǎo)致的故障、事故增多的問(wèn)題,研制一種簡(jiǎn)單、方便操作的觸指咬合力檢測(cè)裝置實(shí)為必要。

1 壓力測(cè)試儀的原理

1.1 壓力測(cè)試對(duì)象

KYN系列開(kāi)關(guān)柜是變電站裝載數(shù)量最多的高壓開(kāi)關(guān)柜，可配置VD4、VS1型多種斷路器，斷路器的動(dòng)觸頭采用梅花觸頭的結(jié)構(gòu)，梅花觸頭的直徑和斷路器的額定電流有關(guān)，對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示，由于VD4、VS1型手車(chē)斷路器的觸指結(jié)構(gòu)相同，區(qū)別僅在于對(duì)應(yīng)觸指開(kāi)口的直徑不同。根據(jù)這一特點(diǎn)，為此研制開(kāi)發(fā)了直徑可調(diào)式梅花觸指壓力測(cè)試儀。

表1 對(duì)應(yīng)關(guān)系表

1.2 測(cè)試原理

梅花觸指壓力測(cè)試儀分為模擬靜觸頭、數(shù)據(jù)處理和顯示的兩大模塊組成，觸頭模型根據(jù)測(cè)試觸指類(lèi)型要求，設(shè)計(jì)成直徑可調(diào)節(jié)的形式。數(shù)據(jù)處理和顯示模塊嵌在壓力測(cè)試儀手柄內(nèi)，對(duì)觸頭模型采集的數(shù)據(jù)加以處理并顯示。

測(cè)試儀的測(cè)試原理如圖1所示。1為手車(chē)斷路器梅花觸指，2為測(cè)試儀模擬觸頭模具，模具內(nèi)置了接觸式壓力傳感器。壓力測(cè)試時(shí)，將模擬觸頭2插入到梅花觸指1中，梅花觸指1的壓力值將由傳感器采集并通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)控制器完成壓力折算，通過(guò)數(shù)據(jù)顯示模塊將壓力值進(jìn)行顯示。

圖1 測(cè)試儀的測(cè)試原理

2 壓力測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

利用solidworks平臺(tái)構(gòu)建壓力測(cè)試儀3D模型，如圖2所示。

圖2 壓力測(cè)試儀3D模型

壓力測(cè)試儀的模擬靜觸頭采用傘型瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)部錐狀支撐件5控制傘結(jié)構(gòu)2的張開(kāi)角度，同時(shí)調(diào)節(jié)反方向螺栓7控制瓣?duì)铎o觸頭1保持圓柱形。調(diào)節(jié)螺栓3、7與錐狀支撐件5，采用凸圓球和球型凹槽連接，靜觸頭1與傘狀結(jié)構(gòu)2采用活動(dòng)連接，靜觸頭1與傘狀連接件6同樣采用活動(dòng)連接，測(cè)試梅花觸指壓力時(shí)將前端瓣?duì)铎o觸頭1的直徑調(diào)節(jié)至斷路器靜觸頭的直徑大小，插入梅花觸指中，壓力傳感器將檢測(cè)到的壓力傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理和顯示模塊中。

壓力傳感器采用壓阻效應(yīng)型柔性薄膜式傳感器嵌入靜觸頭中，如圖 所示，傳感器3黏貼在模擬靜觸頭l的凹槽中，凹槽采用活動(dòng)凸臺(tái)2填充，在進(jìn)行壓力測(cè)試時(shí)，凸臺(tái)將受到的壓力傳遞到柔性薄膜式壓力傳感器3上，由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊提取壓力數(shù)值。

圖3 壓力傳感器模塊示意圖

此壓力測(cè)試儀主要有以下幾個(gè)技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：

（1）壓力測(cè)試儀采用柔性薄膜式壓阻效應(yīng)型傳感器，傳感器的電阻變化與被測(cè)壓力具有高度的線(xiàn)性關(guān)系，測(cè)量精度高。該傳感器屬于薄片式感測(cè)元件，且具有可撓性，對(duì)靜觸頭的機(jī)械設(shè)計(jì)提供了方便，此外柔性薄膜式傳感器具有功耗低和驅(qū)動(dòng)電壓低的特點(diǎn)，方便壓力測(cè)試儀的小型化設(shè)計(jì)。

（2）壓力測(cè)量部分設(shè)計(jì)成與實(shí)際靜觸頭形狀相同的圓柱形，并且能夠?qū)崿F(xiàn)可調(diào)節(jié)直徑的功能，以滿(mǎn)足不同規(guī)格梅花觸頭的壓力測(cè)試。將測(cè)試儀壓力測(cè)量部分設(shè)計(jì)為圓柱形結(jié)構(gòu)，可以有效還原斷路器靜觸頭與梅花觸頭接觸的效果，避免因模擬觸指與觸頭的接觸面積而對(duì)觸指壓力測(cè)量造成影響。

（3）在斷路器的實(shí)際工作中，梅花觸指與靜觸頭的接觸壓力為正向壓力，若壓力測(cè)試時(shí)需經(jīng)過(guò)拐臂或其它方向測(cè)量，必然存在一定的非線(xiàn)性誤差，此外壓力傳遞材質(zhì)的形變和結(jié)構(gòu)也會(huì)造成測(cè)量的誤差。該測(cè)試儀的壓力傳遞部分采用剛性材料，且各元件緊密配合、無(wú)預(yù)壓間隙，壓力傳遞過(guò)程中，各元件均無(wú)變形且正向傳遞壓力，最大程度解決了測(cè)量誤差的問(wèn)題。

2.2 電路結(jié)構(gòu)

該壓力測(cè)試儀采用C8051單片機(jī)提供數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算功能，數(shù)據(jù)輸出部分采用HSL2864圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，傳感器信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器放大后，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)C8051單片機(jī)將數(shù)字值轉(zhuǎn)換成為能在液晶顯示器上顯示的數(shù)據(jù)，進(jìn)行顯示。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜手車(chē)斷路器檢修的需要，采用梅花觸指壓力測(cè)試儀進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。提出了一種梅花觸指壓力測(cè)試儀的研制方案，該測(cè)試儀采用模擬靜觸頭直徑的可調(diào)節(jié)式結(jié)構(gòu)，能夠滿(mǎn)足不同規(guī)格梅花觸頭的壓力測(cè)試，完善了梅花觸指的壓力測(cè)試項(xiàng)目，填補(bǔ)了現(xiàn)有斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法的不完整性。

[1] 蔣平，李晶.高壓隔離開(kāi)關(guān)觸指壓力的測(cè)試[J].四川電力技術(shù)，2009(6)：26—28.

[2] 陳磊，張志超，崔猛.電子式觸指壓力測(cè)試儀的研制[J].河北電力技術(shù)，2013(4)：6—8.

[3] 付克勤，陳亞?wèn)|,萬(wàn)書(shū)亭.高壓隔離開(kāi)關(guān)觸指壓力測(cè)試儀研究與設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2016（10）：187-190.