[发明专利]基于六轴加速度和陀螺仪的断路器机械特性传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电气一次设备保护，主要用来监测中压断路器的机械特性，主要表现为测量动触头的行程-时间曲线的一种方法和一个模块。

背景技术

随着中国经济社会的发展，电已经越来越成为人们的生活和生产必需品，可以说电给人们带来了很大的便利，并极大地提高了人们的生活体验。正因为如此，人们对电力的需求越来越大，同时对电力的质量和安全也提出了更高要求，正是基于这样的市场需求，促使了我国电力行业的不断发展，国家电网的规模越来越大。与此同时，随着电网规模的不断扩大，电网的复杂程度也不断增强，因此，必须保证电网的安全性和可靠性。

在电力系统中，断路器是最重要的控制和保护设备，能够灭弧，是发电厂和变电站配置中不可或缺的一部分。当线路正常运行时，断路器能够切换运行方式，能够把设备或线路接入或断开，起到控制作用。当设备或线路发生故障时，能够把发生故障的设备或线路切除出去，保障无故障设备或线路正常运行，起到保护作用。它在电网中的作用非常重要，其故障带来的损失是非常大的。直接的影响是被断路器保护的线路和设备受损，电量损失。间接影响是造成用户大面积的停电，给人们的生活和生产造成很大的影响，甚至影响社会稳定。

断路器的可靠性很大程度上取决于其机械操动机构的可靠性。据国际大电网会议对中高压断路器的可靠性所做的两次世界范围调查以及我国对高压开关事故统计分析表明，中高压断路器的故障中，机械故障占全部故障的80%，其他灭弧、绝缘故障所占比例较小，发热故障比例更低。断路器由于机械原因所造成的事故无论是在次数，还是在事故所造成的停电时间上都占据总量的60%以上。

因此，对断路器机械特性的监测就显得非常必要。传统的针对机械特性在线监测的传感器主要有旋转光电编码器、电阻式角位移传感器等，这些传感器虽然可以测量断路器的行程-时间曲线，但是存在安装不方便，要求有一定的同轴度，成本高等不足。

发明内容

本发明针对现有的技术问题，提供基于六轴加速度和陀螺仪的断路器机械特性传感器，目的是该传感器做成一个小的电路板，然后安装在断路器的旋转主轴上，由于旋转主轴的旋转角度与动触头具有一定的关系，通过测量主轴的旋转角度间接测量动触头的直线行程，具有安装方便，适应性强，性价比高等优势，拟解决现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于六轴加速度和陀螺仪的断路器机械特性传感器，其特征在于，其由三轴加速度传感器和三轴陀螺仪融合而成以便测量断路器旋转主轴的旋转角度，其中，三轴陀螺仪传感器负责测量三轴方向上的旋转角速度，所述三轴加速度传感器负责测量在静态下的角度值以便用来修正三轴陀螺仪的积分误差，通过同步采集三轴加速度传感器数据和三轴陀螺仪的角速度数据，利用一定的算法融合这两种数据，得到一条真实反映旋转主轴旋转过程的曲线，并根据主轴旋转角度跟动触头的直线行程的关系，将六轴加速度和陀螺仪间接测量的旋转角度转换为动触头的直线行程。

进一步，作为优选，所述三轴加速度传感器为重力加速度传感器。

进一步，作为优选，采用卡尔曼滤波算法来处理三轴加速度传感器数据和三轴陀螺仪的角速度数据以便融合这两种数据。

进一步，作为优选，采用四个六轴传感器布置在电路板上，以便同时采集数据以减少误差。

进一步，作为优选，将四个六轴传感器在电路板的两面各布局两个四轴传感器，而且同一面的两个传感器安装位置相差90度，不同面的两个传感器安装位置相差180度。

进一步，作为优选，还包括微控制器，且该传感器与外部采用CAN总线进行通信。

进一步，作为优选，还包括电源管理系统，所述电源管理系统为微控制器、各个传感器供应电源

与现有技术相比，本发明的有益效果是：