用于高压断路器机械故障监测的振动传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于高压断路器机械故障监测的振动传感器，包括振动敏感元件、电荷放大器、传感器壳体和引线及其接头，该传感器安装于高压断路器的被监测部位，振动敏感元件拾取高压断路器运行状态信号并差分输出至电荷放大器的差分输入，电荷放大器的工作电源及其差分输出信号通过引线接头连接屏蔽双绞线传输至监测装置，振动敏感元件、电荷放大器安装在由传感器壳体和引线接头组成的密封金属腔体内部。本发明专利技术的有益效果在于：能有效抑制高压断路器状态监测工况环境的强电磁干扰，使高压断路器运行状态监测结果更加准确可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于振动监测传感器，尤其是一种用于高压断路器机械故障监测的振动传感器。
技术介绍
高压断路器在电力系统中起着重要的控制和保护作用，它的功能相当于一个开关，关合正常电路使其投入电网运行，当线路出现故障时它能及时切断电路，以免给电网带来危害。高压断路器随着自身的运行时间加长和一些环境因素，伴随着有各种故障发生，其中机械故障是最常见且最多的；而在机械故障的监测中，振动监测是一种非入侵式监测方式，很容易实现。高压断路器的振动信号是由其内部传动机构进行一系列的动作而产生的叠加冲击波，而振动信号包含着大量丰富的设备状态信息。利用现代的信号处理技术从中提取判别故障的特征值，是高压断路器故障诊断的研究热点。高压断路器位于电网与负荷系统之间，工作在高电压、大电流状态，对其进行状态监测与故障诊断时，监测装置及传感器所受到的电磁干扰主要有：（１）分合操作引起的干扰：断路器和隔离开关操作是变电站最典型的电磁干扰，开关操作时，会产生一系列高频率、前沿陡峭的瞬变电磁脉冲，触头间产生电弧的熄灭和重燃；在断开的母线上将引起一系列的高频电流波和高频电压波，并以阻尼振荡波的形式向周围空间传导和辐射能量，对监测装置构成阻尼振荡波干扰和阻尼振荡磁场干扰。（２）储能元件产生的干扰：断路器分合操作时由于储能元件的存在，电容两端的电压、电感中的电流均不能发生突变，在分合过程中，会产生一个衰减振荡的暂态过电压；这些暂态过电压产生的振荡波通过互感器等传导耦合到监测装置电路当中去；这种情况下，在监测装置中就会出现大量高频的、振荡的、快速衰减的交流电压分量；研究表明，分合操作产生的干扰波形频率一般在0.1到80MHz之间，持续时间大约为l0us到10ms。（３）雷电引起的暂态干扰：雷电是自然界产生的剧烈电磁干扰，可以通过直接雷击输电线路或者电气设备，然后经过线路传入断路器内部；也可以间接的雷击架空避雷线、线路杆塔或者变电站周边接地物体，经过感应耦合到监测装置中来；由于雷电具有大量的放电电流，会在雷击周围产生交变的电磁场，根据电磁感应定律，断路器的金属导体或者接地网会产生很高的感应电压，很容易造成断路器绝缘的损害，故现在变电站都装设了大量的避雷器和避雷器，以免损坏一次设备；但是，由于雷电感应的作用，监测装置的信号线可能产生浪涌高压脉冲且由于空间辐射耦合以及传导耦合也可能造成不正常的运行或者误诊。（４）运行中电力设备的干扰：运行中的线路或母线中的工频电流产生工频磁场，对监测装置产生干扰；工频磁场波形为工频正弦波形，在正常情况下，由工频电流所产生的稳定磁场相对较小；但在故障状态下电流伴生的磁场就比较强，不过持续时间很短，直到保护设备动作为止。（５）射频干扰：无线电台、电视台、移动电话、电力系统中常用的对讲机等都是监测装置正常工作的射频干扰源，对监测装置构成射频场感应的传导干扰和射频电磁场辐射干扰。（６）静电放电干扰：当一个被静电充过电的绝缘材料接触到另外的导体的时候，其所携带的电荷会经过导体释放，这种静电放电的过程会产生很强的电弧，会有短暂的放电电流并伴随着很强的电磁场；静电放电的特点是波前时间只有1ns左右，带有数十纳秒的阻尼波尾，幅值可达十几千伏；具有显著的破坏性：使电子元器件故障、损坏或控制系统失灵，也可能使计算机程序出错或丢失数据。（７）谐波干扰：随着电力电子器件的广泛应用，谐波污染已经成为电网的公害；谐波、谐间波、载波信号对设备的主要影响是干扰其正常的工作状态，影响测量的准确度和动作的可靠性等。（８）断路器接地故障的暂态干扰：高压断路器如果发生短路接地情况，电流流经接地点和直接接地的变压器中性点形成回路，这时接地点和接地网的电位将升高，如果监测装置的接地点靠近故障设备，将会在监测装置电路中形成干扰电压；该干扰电压可从几十伏到近万伏，频率也从几kHz到几百kHz，且暂态电压可以远远超出正常电压，对监测装置的影响程度不言而喻。综上所述，高压断路器监测工况下常见的电磁干扰有：阻尼振荡波干扰、阻尼振荡磁场干扰、电快速瞬变脉冲群干扰、浪涌（冲击）干扰、脉冲磁场干扰、工频磁场干扰、射频场感应的传导干扰、射频电磁场辐射干扰、静电放电干扰、谐波干扰、交流电源输入端口电压暂降和短时中断干扰、直流电源输入端口电压暂降和短时中断干扰、工频频率变化干扰、直流电源输入端口纹波干扰，约14项干扰类型。现有高压断路器机械故障监测中所采用的振动传感器大都来源于旋转机械的振动监测，而这类传感器一般是单端输出信号方式，难以满足高压断路器运行工况要求，常因复杂的电磁干扰而出现误诊、漏诊，严重时造成监测装置或传感器损坏。因此，开发一种适用于满足高压断路器运行工况的振动监测传感器非常必要。
技术实现思路
针对目前高压断路器机械故障监测中所采用振动传感器存在的不足，本专利技术公布了一种用于高压断路器机械故障监测的振动传感器。本专利采用的技术方案是：一种用于高压断路器机械故障监测的振动传感器，它包括振动敏感元件、电荷放大器、传感器壳体和引线及其接头，将传感器安装在高压断路器的被监测部位，振动敏感元件拾取高压断路器运行状态信号并差分输出至电荷放大器的差分输入，电荷放大器的工作电源及其差分输出信号通过引线接头连接屏蔽双绞线传输至监测装置，振动敏感元件、电荷放大器安装在由传感器壳体和引线接头组成的密封金属腔体内部。在本专利技术中，传感器壳体包括底部开有一螺孔2-9的基座2-1和顶部安装有引线接头2-3的屏蔽罩2-2，振动敏感元件2-6由螺钉2-8通过质量块2-5紧固在基座2-1上部凹槽中，与其连接的电荷放大器2-4由螺钉2-7固定于基座2-1顶部。在本专利技术中，振动敏感元件是一个由两片相同的压电晶片串联而成的差分输出方式信号源，由晶片串联节点B端施加工作电压并分别从晶片的A、C端引出传感信号。在本专利技术中，电荷放大器是一个由低功耗低噪声双运放IC1，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和电容C1、C2、C3组成的单电源全差分放大器； C1、C2为电源退耦电容，电阻R4、R5与电容C3一起为振动敏感元件2-6提供工作电压，振动敏感元件的输出端A、C经两根同样长度的导线分别连接至运放IC1A、IC1B的同相输入端，电阻R6为振动敏感元件的阻抗匹配电阻，双运放IC1与电阻R1、R2、R3组成一个全差分放大电路，电阻R7为传感器输出引线的线路阻抗匹配电阻。在本专利技术中，引线接头为一个四芯金属壳航空插座，其四个芯线分别连接传感器电源VCC、传感器地GND、差分输出正Va+和差分输出负Va-；所述的引线为一根两端分别接有四芯金属壳航空插头的四芯屏蔽电缆，其四根芯分别两两对绞，一组对绞线连接VCC、GND，另一组对绞线连接Va+、Va-，屏蔽层仅与传感器端的航空插头外壳连接。在本专利技术中，传感器安装是通过底部螺孔2-9连接良导电性永磁体或螺钉以将传感器固定于高压断路器的被监测部位。本专利技术传感器的有益效果是，将敏感元元件和电路均安装在屏蔽罩、基座、引线接头一起形成的密闭金属空腔内，工作电源和传感信号均连接于引线接头且通过屏蔽双绞线传输，可有效抑制高压断路器状态监测工况环境的强电磁干扰，使高压断路器运行状态监测结果更加准确可靠。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术专利作进一步说明。图1是本专利技术的结构示意图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高压断路器机械故障监测的振动传感器，包括振动敏感元件、电荷放大器、传感器壳体和引线及其接头，其特征是：传感器安装在高压断路器的被监测部位，振动敏感元件拾取高压断路器运行状态信号并差分输出至电荷放大器的差分输入，电荷放大器的工作电源及其差分输出信号通过引线接头连接屏蔽双绞线传输至监测装置，振动敏感元件、电荷放大器安装在由传感器壳体和引线接头组成的密封金属腔体内部。

【技术特征摘要】
1.一种用于高压断路器机械故障监测的振动传感器，包括振动敏感元件、电荷放大器、传感器壳体和引线及其接头，其特征是：传感器安装在高压断路器的被监测部位，振动敏感元件拾取高压断路器运行状态信号并差分输出至电荷放大器的差分输入，电荷放大器的工作电源及其差分输出信号通过引线接头连接屏蔽双绞线传输至监测装置，振动敏感元件、电荷放大器安装在由传感器壳体和引线接头组成的密封金属腔体内部。2.根据权利要求1所述的用于高压断路器机械故障监测的振动传感器，其特征是：所述的传感器壳体包括底部开有一螺孔（2-9）的基座（2-1）和顶部安装有引线接头（2-3）的屏蔽罩（2-2），振动敏感元件（2-6）由螺钉（2-8）通过质量块（2-5）紧固在基座（2-1）上部凹槽中，与其连接的电荷放大器（2-4）由螺钉（2-7）固定于基座（2-1）顶部。3.根据权利要求1所述的用于高压断路器机械故障监测的振动传感器，其特征是：所述的振动敏感元件是一个由两片相同的压电晶片串联而成的差分输出方式信号源，由晶片串联节点B端施加工作电压并分别从晶片的A、C端引出传感信号。4.根据权利要求1所述的用于高压断路器机械故障监测的振动传感器，其特征是：所述的电荷...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄采伦，王靖，何斌华，向滔，张小娟，南茂元，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43