一种真空断路器主轴长期在线测速配套装置

技术领域

本发明涉及高压断路器领域，尤其涉及一种真空断路器主轴长期在线测速配套装置。

背景技术

高压断路器作为发电和用电之间的联系环节，其可靠运行对于保证电网的安全意义重大。其故障所导致的损失为设备本身价格的数千倍甚至数万倍，因此电力部门每年都需要对设备停电进行计划检修。由于运维人员无法及时掌握断路器操动机构的机械运行状况，不正确检修、大修解体和重新装配都可能引入新的人为隐患，导致断路器缺陷甚至故障，会浪费大量的时间、人力、物力和财力。断路器机械故障是电力系统最主要最常见的故障之一。部分断路器，如10kV补偿柜中的电容器投切断路器，动作次数较多，故障概率更大。

随着计算机技术、信号处理、人工智能和传感技术的日趋完善，断路器状态在线监测为电网检修方式，实现由计划检修到状态检修的转变创造了条件，状态检修技术的投资和应用将为电网运维节省大量资金，具有巨大经济效益。国内外均在积极进行智能断路器以及断路器在线监测试验平台开发。搭建断路器在线监测试验平台，采用多种传感器采集断路器机械动作各方面状态信息，对其状态进行全面精准的掌握。进而实现断路器异常监测和故障诊断、研究断路器状态趋势变化，试验故障预测方法。通过对断路器状态的进一步把握，尽量减少不必要的检修计划和拆修操作。

真空断路器在线监测的状态特征主要有：动触头行程信号、分合闸线圈电流信号、振动信号等。其中最重要的监测项目之一就是对动触头位移信号的监测。真空断路器的动触头行程状态主要通过主轴的转动状态来间接反映。因此需要在断路器实际挂网运行期间，利用角速度传感器持续监测主轴状态。技术缺陷：动触头的位移最直接的测量方法是在其下方安装直线位移传感器。但动触头处于高电位，且直线位移传感器体积较大，在真空断路器中没有安装位置，所以直线位移传感器很难用于真空断路器的在线监测。

断路器的主轴转动状态能对应反映动触头的行程及速度随时间变化关系，因此采用角速度传感器测量主轴转动状态，其安装位置在主轴与侧面挡板之间。但断路器结构紧凑，主轴与侧面挡板之间距离很近，空间很小。而角速度传感器体积有大有小，且与主轴相连时还需通过连接过渡接头进行安装。传感器加上过渡接头通常无法放入箱体内部。

多数断路器生产厂家在设计生产断路器时考虑到了断路器动作测速的需求，在箱体侧板留有开洞，这样就可以用过渡接头连接断路器主轴，从开洞伸出，将转动传递到箱体之外，把角速度传感器安装在箱体外部。这种安装方式导致只能在真空断路器抽出开关柜后进行测试，无法在其位于开关柜内时、在实际挂网运行时进行持续在线监测，因而无法测得断路器真实工作状态。

发明内容

本发明的目的在于提供一种真空断路器主轴长期在线测速配套装置，以解决上述技术问题。

本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：一种真空断路器主轴长期在线测速配套装置，包括主轴连接过渡接头、传动齿轮箱和螺旋伸缩支撑杆，所述传动齿轮箱的内部转动安装有两个等模数人字齿圆柱齿轮，所述人字齿圆柱齿轮的一端固定设置有连接杆，连接杆的上端沿着轴心位置设置有连接凹槽，所述传动齿轮箱的侧壁上设置有过渡接头输入孔和角速度输出孔，所述过渡接头输入孔和角速度输出孔上均安装有滚珠轴承，所述过渡接头输入孔中转动安装有接头输出轴，角速度输出孔中转动安装有角速度输出轴，角速度输出孔和接头输出轴与所述连接凹槽固定连接，所述主轴连接过渡接头固定安装在接头输出轴的右端，且主轴连接过渡接头与接头输出轴为一体式结构，所述主轴连接过渡接头中固定连接有断路器主轴；

所述传动齿轮箱位于滚珠轴承的下端边缘位置固定安装有法兰安装支架，所述法兰安装支架上设置有与角速度输出轴同轴心的圆孔，所述法兰安装支架上固定安装有角速度传感器，角速度传感器的输出端穿过圆孔，且与角速度输出轴固定连接，角速度传感器上通过导线连接有在线监测系统；

所述螺旋伸缩支撑杆共设置有三根，且两根螺旋伸缩支撑杆安装在传动齿轮箱的下端，一根安装在传动齿轮箱远离法兰安装支架的一端。

优选的，所述角速度传感器的输出端与角速度输出轴通过联轴器固定连接。

优选的，所述接头输出轴和角速度输出轴上加有定位套。使得固定轴与齿轮箱以及滚珠轴承的相对位置。

优选的，所述传动齿轮箱包括箱体盒和箱盖，所述箱盖位于箱体盒的上端开口处，且箱盖和箱体盒之间通过m3螺丝封盖。

优选的，所述角速度输出孔和接头输出轴与所述连接凹槽通过两个m螺栓连接。

优选的，所述法兰安装支架为L形支架，所述角速度传感器通过螺丝固定在法兰安装支架上。

优选的，所述主轴连接过渡接头为圆柱筒体结构，所述主轴连接过渡接头的侧壁上贯穿设置有三个定位度螺栓，定位度螺栓沿着主轴连接过渡接头的轴心环形阵列分布，且定位度螺栓的端部均指向主轴连接过渡接头的中心。

优选的，所述螺旋伸缩支撑杆包括丝杆和套管，所述套管固定在传动齿轮箱上，丝杆套在套管内部，且丝杆与套管的内侧壁螺纹配合，丝杆的下端固定安装有橡胶底座。

优选的，所述套管长度为50mm，丝杆1长度为45mm，橡胶底座厚度为5mm。

本发明的有益效果是：

本发明中通过传动测速装置的紧凑设计，破除了角速度传感器安装位置的限制，可将角速度传感器安装于箱体内，保证了箱体结构的完整性密闭性。使断路器在实际挂网运行的同时可满足在线监测系统的检测需求。

本发明破除了传统真空断路器在进行在线监测升级改造中，对于角速度传感器的尺寸要求。提高了对传感器的兼容性，提升了对旧断路器升级的友好性。对于将在线监测系统运用于已有断路器，提高断路器可靠性，减少电网设备升级投资，加速检修模式向状态检修转变，节省电网运检费用支出，实现故障预测，预防电网事故的发生和经济损失的产生具有重大意义。

本发明通过各方面设计提高测速机构的可靠性，减小断路器分合闸动作对测速工作造成的冲击、振动等各种影响，相比其他安装方法，可保证测速工作的长期稳定进行，满足在线监测系统的长期监测需求。

附图说明

图1为本发明一种真空断路器主轴长期在线测速配套装置的结构示意图；

图2为本发明人字齿圆柱齿轮的立体结构示意图；

图3为本发明传动齿轮箱的立体结构示意图；

图4为本发明主轴连接过渡接头侧视图；

图5为本发明传动齿轮箱主视图；

附图标记：1、主轴连接过渡接头；101、定位度螺栓；2、传动齿轮箱；201、箱体盒；202、箱盖；3、螺旋伸缩支撑杆；301、丝杆；302、套管；303、橡胶底座；4、人字齿圆柱齿轮；5、连接杆；6、连接凹槽；7、过渡接头输入孔；8、角速度输出孔；9、滚珠轴承；10、接头输出轴；11、角速度输出轴；12、断路器主轴；13、法兰安装支架；14、圆孔；15、角速度传感器；16、在线监测系统。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。

下面结合附图描述本发明的具体实施例。

实施例1

如图1-5所示，一种真空断路器主轴长期在线测速配套装置，包括主轴连接过渡接头1、传动齿轮箱2和螺旋伸缩支撑杆3，传动齿轮箱2的内部转动安装有两个等模数人字齿圆柱齿轮4，人字齿圆柱齿轮4的一端固定设置有连接杆5，连接杆5的上端沿着轴心位置设置有连接凹槽6，传动齿轮箱2的侧壁上设置有过渡接头输入孔7和角速度输出孔8，过渡接头输入孔7和角速度输出孔8上均安装有滚珠轴承9，过渡接头输入孔7中转动安装有接头输出轴10，角速度输出孔8中转动安装有角速度输出轴11，角速度输出孔8和接头输出轴10与连接凹槽6固定连接，主轴连接过渡接头1固定安装在接头输出轴10的右端，且主轴连接过渡接头1与接头输出轴10为一体式结构，主轴连接过渡接头1中固定连接有断路器主轴12；

传动齿轮箱2位于滚珠轴承9的下端边缘位置固定安装有法兰安装支架13，法兰安装支架13上设置有与角速度输出轴11同轴心的圆孔14，法兰安装支架13上固定安装有角速度传感器15，角速度传感器15的输出端穿过圆孔14，且与角速度输出轴11固定连接，角速度传感器15上通过导线连接有在线监测系统16；

螺旋伸缩支撑杆3共设置有三根，且两根螺旋伸缩支撑杆3安装在传动齿轮箱2的下端，一根安装在传动齿轮箱2远离法兰安装支架13的一端。

传动齿轮箱2包括箱体盒201和箱盖202，箱盖202位于箱体盒201的上端开口处，且箱盖202和箱体盒201之间通过m3螺丝封盖。主轴连接过渡接头1为圆柱筒体结构，主轴连接过渡接头1的侧壁上贯穿设置有三个定位度螺栓101，定位度螺栓101沿着主轴连接过渡接头1的轴心环形阵列分布，且定位度螺栓101的端部均指向主轴连接过渡接头1的中心。螺旋伸缩支撑杆3包括丝杆301和套管302，套管302固定在传动齿轮箱2上，丝杆301套在套管302内部，且丝杆301与套管302的内侧壁螺纹配合，丝杆301的下端固定安装有橡胶底座303。

工作原理：

通过三颗高强度定位度螺栓101，将主轴连接过渡接头1紧固安装在断路器主轴12上，通过三颗定位度螺栓101的微调，利用三角定位原理，保证断路器主轴12与接头输出轴10的角速度输出端轴心在同一条直线上。接头输出轴10输出端通过滚珠轴承9插入传动齿轮箱2中，通过m3螺丝与连接凹槽6与人字齿圆柱齿轮4紧密结合，保证角速度的可靠传递。主轴连接接头输出轴10和角速度输出轴11通过滚珠轴承与齿轮连接，避免与箱体产生摩擦，保证角速度传动的顺滑性。轴承夹在箱体和转动轴上的定位套之间。

传动齿轮箱2内两个人字齿圆柱齿轮4相互啮合，通过充分润滑，将角速度进行平稳等速换向传递。另一齿轮与伸缩传动轴的带有凹槽的输出端端紧密结合，将转动传递出该齿轮箱。

角角速度传感器15安装在法兰安装支架上，通过与角速度输出轴11连接。主轴转动通过主轴连接过渡接头1、传动齿轮箱2以及角速度输出轴11轴等比传递到角速度传感器15。

螺旋伸缩支撑杆3分为两个部分：丝杆301和套管302结构，套管302固定在箱体盒201上。丝杆301旋入套管302，既能实现一定范围内的灵活伸缩，又能对箱体盒201起到支撑限位作用。箱体盒201上带有三根螺旋伸缩支撑杆，传动齿轮箱2底部两个抵住断路器箱体底板，用于调整传动齿轮箱2的高度，支撑传动齿轮箱2重量，防止系统惯性导致的箱体扭转，螺旋伸缩支撑杆3长度可在55mm到100mm范围内伸缩。侧面一根螺旋伸缩支撑杆3用于顶住断路器箱体侧板，可以防止齿轮箱整体和主轴之间发生轴向窜动，防止轴向错位。其套管长度为20mm，丝杆长度为15mm，橡胶底座厚度为5mm，长度可在25mm到40mm范围内伸缩。断路器在分闸动作时，通常伴有冲击力和振动。丝杆上的橡胶底座既可以防滑，防止损伤断路器箱体漆面防锈，还可以绝缘与缓冲，减少振动对齿轮箱带来的影响。

两个等模数人字齿圆柱齿轮4转动时，通过两个等模数人字齿圆柱齿轮进行角速度1:1等速传动。该齿轮组传动平稳，齿廓接触线与齿轮轴线不平行，是斜线。其啮合过程是从轮齿的一端开始进入啮合，逐渐达到全齿宽，接触线由短变长，再由长变短，直到另一端完全退出啮合为止，因而斜齿轮传动平稳、噪声低。两个人字齿圆柱齿轮4重合度大。并且随着齿轮宽度和螺旋角的增大而增大，故传动平稳、承载能力强。两个人字齿圆柱齿轮4不产生轴向力与轴向位移。断路器分闸时主轴转动在瞬间完成，转速快，对齿轮组冲击较大，人字齿齿轮组抗冲击能力强，且传动平稳，可以保证角速度测量的准确性。同时不会产生轴向窜动，可以保证齿轮箱长期稳定运行，不会对角速度传感器产生轴向冲击力，保证角速度传感器不被损坏，满足长期在线监测需求。采用1.5模50齿人字齿齿轮组，齿轮内径10mm，外径108.6mm，凸台带有m3限位螺丝孔，保证齿轮在与过渡接头和输出传动轴连接转动时不会发生打滑错位，保证角速度输出的有效性。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。