[发明专利]一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于电磁超声法的对运行中的弹簧操动机构断路器在非动作工况下储能弹簧损伤状态进行检测的检测装置及方法。

背景技术

近年来,随着我国电力事业的蓬勃发展，断路器在电力系统中得到广泛的推广运用。在断路器的弹簧操动机构中，储能弹簧的好坏直接关系着弹簧操动机构的正常动作，因此储能弹簧对整个断路器的运行性能乃至整个电网的运行性能都有着非常重要的作用。当前，储能弹簧可能存在两种原因下的损伤，一方面，储能弹簧在出厂时候，弹簧的表面存在凹痕，在运输和安装过程中出现的磕伤和刮痕等意外损伤对弹簧性能和寿命有严重的影响；另一方面，在长时间的运行过程中，储能弹簧会出现疲劳裂纹扩展、蠕变裂纹扩展、甚至弹簧钢丝断裂等现象，从而导致断路器的弹簧操动机构在运行过程中出现机械故障，这对电网的安全运行构成一定的潜在威胁。

然而，目前尚未有专门针对运行中断路器在非动作工况下，对储能弹簧损伤状态进行检测的检测装置及方法。

CN101706476A公开了一种电磁超声板材自动探伤方法及其装置，采用垂直入射体波进行探伤，对较大厚度的板材进行监测。其采用电磁超声探伤探头，采用脉冲电磁铁提供磁场，具有磁场持续时间短的特点，对铁磁性和非铁磁性的板材都可以进行监测。此方法将底面和缺陷的回波相结合，减小了监测盲区。但这种方法仅适用于板材监测，不能使用在断路器储能弹簧的监测。

发明内容

本发明的目的就是要解决由于断路器的储能弹簧出现损伤，给断路器以及电网的安全运行带来严重的影响，而当前现有技术中并没有专门的检测装置及方法对储能弹簧的损伤状态进行检测的问题，为此提供一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置及方法。

本发明的第一种技术方案，采用激励接收线圈分离检测模式，具体内容如下：

一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置，其特征是：包括有信号发射系统、信号接收系统、激励线圈和接收线圈以及上位机，并配设有两块钕铁硼磁铁，所述信号发射系统与激励线圈相连接，信号接收系统与接收线圈相连接，信号发射系统与信号接收系统均与上位机相连接。

本发明中所述信号发射系统包括有方波发生电路、驱动电路、可调电源、H桥和过压过流保护电路以及发射阻抗匹配电路，其中方波发生电路和发射阻抗匹配电路均与上位机相连接，方波发生电路与驱动电路相连接，驱动电路与H桥相连接，H桥分别与可调电源、过压过流保护电路以及发射阻抗匹配电路相连接。

本发明中所述信号接收系统包括有依次构成驱动连接的接收阻抗匹配电路、前置放大器、程控带通滤波器和主放大器以及模数转换电路，所述接收阻抗匹配电路、程控带通滤波器和模数转换电路均与上位机相连接。

本发明中所述激励线圈为绕线线圈，采用直径为0.8mm-1.2mm的漆包线，缠绕匝数为15-25匝；所述接收线圈为绕线线圈，采用直径为0.4-0.6mm的漆包线，缠绕匝数为20-30匝，所述钕铁硼磁铁表面的磁场强度大于等于10kGs。

在第一种技术方案中，采用本发明所述的一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置的检测方法，其特征是：包括有以下步骤：

第一步:打开断路器的弹簧操动机构，拆卸下弹簧操动机构的储能弹簧和储能弹簧上下侧的金属挡板，在两块金属挡板板面上的同一位置各自开设一个凹槽，将两块钕铁硼磁铁分别嵌装在两个凹槽中；

第二步:在储能弹簧上下侧端部处的储能弹簧钢丝上分别以缠绕方式安装激励线圈和接收线圈；

第三步:将储能弹簧和两块金属挡板重新安装在断路器弹簧操动机构原来的安装位置上，其中激励线圈和接收线圈分别与储能弹簧上下侧金属挡板上的钕铁硼磁铁一一对应接触；将激励线圈与信号发射系统的发射匹配电路相连接，接收线圈与信号接收系统的接收阻抗匹配电路相连接，信号发射系统与信号接收系统均与上位机相连接；

第四步：通过上位机对信号发射系统给定信号发射指令，信号发射系统向激励线圈发出频率、周期数和幅值可调的正弦激励信号，在钕铁硼磁铁、储能弹簧和激励线圈的共同作用下产生超声波信号，超声波信号沿着储能弹簧钢丝传播，遇到储能弹簧钢丝内部或表面存在的损伤即发生超声波反射，并且沿着储能弹簧钢丝传播的超声波信号和由于储能弹簧钢丝存在损伤而发生反射的超声波信号传播至接收线圈时，被接收线圈在储能弹簧和钕铁硼磁铁的共同作用下转换为电信号；

第五步：通过上位机对信号接收系统给定信号接收指令，信号接收系统对第四步产生的电信号进行放大滤波和量化采样，最后将量化的信号上传至上位机进行分析处理。