高压断路器触头装配测试系统的研究

刘桐 张从鹏

摘 要： 为了提高高压断路器动静触头间的同心度，设计一套触头接触的摩擦力测试系统，以期通过摩擦力的大小来反馈动静触头间的同心度情况，从而判别装配体的装配质量优劣。系统主要采用拉压力传感器来对摩擦力进行实时测量，通过A/D转换数据采集卡将数据上传至软件。

关键词： 高压断路器；触头装配；测试系统；Visual Basic

【中图分类号】 TM 561 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2017）20-0068-02

1引言

随着我国经济社会的高速发展，全社会用电量在不断突破新高，电网的建设也随之迅猛发展，向高电压高负荷的方向不断迈进。而与此同时对电网的稳定性和可靠性也有了更高的要求。高压断路器做为变电站中的重要控制和保护设备，对电网的稳定、安全和可靠的运行起到了至关重要的作用，所以电网业务客户对高压断路器生产制造企业的质量稳定性也在不断提高，倒逼企业尝试各种新思想新技术提升生产效率，并同时保持质量的稳定性。

在现代化的生产制造企业中，传统的人工操作的生产模式已无法满足的需求，这就要求企业应及时转变思想，大胆尝试新技术新理念，发展现代化的自动装配及检测技术，从而保障大规模批量生产产品的一致性。机电一体化技术的应用很好的解决了这类问题，运用其准确性与灵巧性协助或替代人力进行装配和检测在生产制造企业已经应用的越来越广泛，技术也日趋成熟，给企业带来的价值十分可观，为企业实现高生产率及高质量的发展目标提供了有效的渠道。本课题的主要研究课题即为利用机电一体化技术解决企业生产装配效率及质量控制中的实际问题。

2.高压断路器触头装配测试系统介绍

本测试系统主体结构的设计原则为：秉承与现有生产线设施相互揉和、相互集成的设计理念。在不妨碍或尽可能少的妨碍正常生产装配的基础上，实现空间占用最小化。测试工序与装配工序间尽可能做到无缝衔接，不增加装配人员的劳动强度及时间占用。尽可能小的影响生产线的工作效率。依据如上原则将本系统区分为三个功能模块：集成操作臂、就地电控箱和控制柜。

集成操作臂模块。与现有的灭弧室装配升降平台集成在一起，实现不影响产品随平台正常起降装配的同时，能够进行摩擦力及回路电阻的测量，装配与测试无缝衔接。

就地电控箱模块。设置在升降平台的围栏上，与升降平台的控制面板集成在一起，这样装配人员在装配灭弧室的同时又可以就地对测试系统进行手动控制，便于识别、控制及特殊情况的急停。

控制柜模块。设置在灭弧室升降平台的旁边，此区域不干涉零部件和人员的移动；装配员不需移动位置即可完成装配与测试间的工序转换。

2.1各功能模块的机械结构设计。

（1）集成操作臂模块的设计改造。

升降平臺改造前没有操作臂结构，仅为一个承重起降平台，用于起降灭弧室组件，便于人员在合适的高度装配作业。为实现摩擦力和回路电阻的测量功能特设计了操作臂模块，集成在了升降平台的下方。

操作臂在电机正反转的驱动下实现直线上升及下降运动，驱动灭弧室传动拉杆实现动触头的慢合慢分操作。同时拉压力传感器采集实时摩擦阻力值，直线位移传感器实时采集操作臂的行程值。

（2）就地电控箱模块的设计。

就地电控箱模块改动较小，仅需将箱体的体积增加，以便增加新增功能的操作按钮和相关配线，其余与原就地电控箱相同。

（3）控制柜模块的设计。

控制柜包含如下部件及功能：

显示单元、主机单元、键鼠抽屉：系统操控，人机界面。

回路电阻测试单元：内含回路电阻测试仪，测量试品的回路电阻值，数据上传。

配电单元：电源的输入输出及保护。

2.2 系统硬件的设计。

系统硬件包含电路部分、气动部分以及液压传动部分。

（1）机械传动系统的硬件参数设定及选型。

包括：电磁铁、拉压力传感器、直线位移传感器、电机等。

拉压力传感器基本参数如下：量程500 N；精度0.1% F·S，经过测试软件滤波处理后推力分辨率至0.1 N。

（2）气动系统的硬件参数设定及选型。

包括：气缸、二位五通电磁阀、减压阀、节流阀、气管等。

（3）液压系统的硬件参数设定及选型。

包括：液压缸、油管、电磁阀、压力计、减压阀等。

（4）计算机系统的硬件参数设定及选型。

包括：工控机、显示器、键盘鼠标、 A/D数据采集卡。

其中A/D数据采集卡采用PCI8326B数据采集卡内含16位单端32路A/D、差分16 路A/D， 模拟量输入范围0～10 V，-5～+5 V，-10～+10 V，4～20 mA，采样频率100 kHz，32路可编程数字量DIO，3路可编程计数器CLK。

2.3系统软件的设计。

依据以上设计要求，基于Visual Basic语言，进行应用程序开发。测试软件采用Visual Basic 6.0可视化的设计平台[12-13]，设计了测试面板，根据事件驱动为机制的程序设计语言，结合PCI8326B多功能数据采集卡和传感器，编写了数据采集程序，对测试数据保存为Excel格式文件，方便与其他程序接口。软件界面截图如下图1所示：

左侧为测试界面，完成相应测试的操作和显示。采用坐标系的显示方式，横轴为灭弧室动触头分合闸行程，纵轴为对应的实时摩擦阻力值。

右侧为运行状态，显示设备运行信息及操作的互动信息。

3.结语

本系统是将机电一体化技术应用到断路器生产质量管控流程中，研究通过对接触摩擦力物理量的监控来反馈装配质量，这样通过管理可量化的物理参数来控制产品质量更科学、更精确。用机器代替人去做分析判断更客观，更稳定、更可靠。如此变革对企业来讲，意义十分重大。

参考文献

[1] 肖辉，吴学斌，曾祥君，童小娇. LW7-220 型SF6 断路器常见缺陷及处理[J].电高电压技术，2006（32）：108-109.

[2] 许健栋，佟建中.传感器与检测技术在机电一体化系统中的应用研究[J].中国新技术新产品，2015（24）：94-94.

[3] 陆俭国.电气可靠性理论及其应用[M].北京：中国水利电力出版社，1996.

[4] 孙以材，刘玉，孟庆浩.压力传感器的设计制造与应用[J].冶金工业出版社， 2000：367-382.

[5] Bodson M， Chiasson J N， Novotnak R T， et al. High-performance nonlinear feedback control of a permanent magnet stepper motor[J]. Control Systems Technology IEEE Transactions on， 1993， 1（1）：5-14.