?

　　斷路器又叫空氣開(kāi)關(guān)，是一種很基本的低壓電器，斷路器具有過(guò)載、短路和欠電壓保護(hù)功能，能保護(hù)線路和電源的能力。它可用來(lái)分配電能，不頻繁地啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)電源線路及電動(dòng)機(jī)等實(shí)行保護(hù)，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過(guò)載或者短路及欠壓等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路，其功能相當(dāng)于熔斷器式開(kāi)關(guān)與過(guò)欠熱繼電器等的組合。而且在分?jǐn)喙收?a href="http://www.1cnz.cn/tags/電流/" target="_blank">電流后一般不需要變更零部件，一獲得了廣泛的應(yīng)用。

　　機(jī)械特性測(cè)試是開(kāi)關(guān)生產(chǎn)、安裝、調(diào)試過(guò)程中不可缺少的一項(xiàng)內(nèi)容，對(duì)于檢測(cè)、鑒定斷路器的機(jī)械特性有重要的意義。固有分(合)閘時(shí)間、速度和行程、操作電源質(zhì)量(操動(dòng)繞組的I—U曲線)是高壓斷路器能否可靠工作的重要參數(shù)。由于高壓斷路器的動(dòng)作時(shí)間短，動(dòng)作時(shí)振動(dòng)大，早期的檢測(cè)裝置由于采樣技術(shù)和傳感器技術(shù)的水平所限，對(duì)于這些瞬變參數(shù)的檢測(cè)，尤其是對(duì)速度和位移的檢測(cè)缺乏可信的檢測(cè)手段;隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，目前出品的新型斷路器開(kāi)距小、速度快，對(duì)高壓斷路器機(jī)械特性測(cè)試儀的要求更加苛刻。因此，市場(chǎng)迫切需要一種具有先進(jìn)測(cè)試原理、現(xiàn)場(chǎng)操作方便、測(cè)量數(shù)據(jù)可靠的新型高壓斷路器測(cè)試儀器。

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，為基于過(guò)程測(cè)量的非接觸高壓斷路器機(jī)械特性測(cè)試儀的實(shí)現(xiàn)提供了可能。

　　位移傳感器又稱為線性傳感器，它分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，光電式位移傳感器,超聲波式位移傳感器，霍爾式位移傳感器。 　　電感式位移傳感器是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，接通電源后，在開(kāi)關(guān)的感應(yīng)面將產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時(shí)，金屬中則產(chǎn)生渦流而吸取了振蕩器的能量，使振蕩器輸出幅度線性衰減，然后根據(jù)衰減量的變化來(lái)完成無(wú)接觸檢測(cè)物體的目的。 　　電感式位移傳感器具有無(wú)滑動(dòng)觸點(diǎn)，工作時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響，并且低功耗，長(zhǎng)壽命，可使用在各種惡劣條件下。位移傳感器主要應(yīng)用在自動(dòng)化裝備生產(chǎn)線對(duì)模擬量的智能控制。 　　位移是和物體的位置在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的移動(dòng)有關(guān)的量，位移的測(cè)量方式所涉及的范圍是相當(dāng)廣泛的。小位移通常用應(yīng)變式、電感式、差動(dòng)變壓器式、渦流式、霍爾傳感器來(lái)檢測(cè)，大的位移常用感應(yīng)同步器、光柵、容柵、磁柵等傳感技術(shù)來(lái)測(cè)量。其中光柵傳感器因具有易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、精度高(目前分辨率最高的可達(dá)到納米級(jí))、抗干擾能力強(qiáng)、沒(méi)有人為讀數(shù)誤差、安裝方便、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)床加工、檢測(cè)儀表等行業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用。

　　現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的長(zhǎng)期跟蹤，北京合智誠(chéng)技術(shù)有限公司、西安高壓供電局變電修試所、焦作電廠檢修分廠聯(lián)合提出了基于過(guò)程測(cè)試的非接觸式高壓斷路器機(jī)械特性測(cè)試儀的實(shí)施方案，并經(jīng)過(guò)近一年的研制、試驗(yàn)取得了令人滿意的效果。該儀器根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 3309—1989和GB 1984—1989標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)檢測(cè)項(xiàng)目和術(shù)語(yǔ)定義進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，它所能檢測(cè)的項(xiàng)目和數(shù)據(jù)的處理均優(yōu)于有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)速度和位移的測(cè)量方法獨(dú)特，傳感器不必與斷路器的動(dòng)作連桿接觸，使得現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量既方便又可靠，并且可實(shí)現(xiàn)過(guò)程測(cè)量，改變了以往狀態(tài)測(cè)量法的不足。

　　2　基于特征狀態(tài)測(cè)量法

　　狀態(tài)測(cè)量是指檢測(cè)裝置對(duì)被測(cè)參數(shù)的分析、處理和判斷只能基于一些特定的狀態(tài)數(shù)據(jù)，而對(duì)其他非特征狀態(tài)數(shù)據(jù)不作記錄和響應(yīng)。目前對(duì)高壓斷路器機(jī)械特性的測(cè)試，普遍采用的是這種基于特征狀態(tài)數(shù)據(jù)的接觸式測(cè)試儀。這種測(cè)試儀原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但卻只能對(duì)設(shè)備被測(cè)參數(shù)的粗略情況作出定性的判斷。它除了在固有分合閘的測(cè)量上能夠讓人接受外，在區(qū)分機(jī)械動(dòng)作時(shí)間、電氣響應(yīng)時(shí)間方面無(wú)能為力，對(duì)其他類參數(shù)的測(cè)試也不盡人意。

　　雖然隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，目前許多電氣測(cè)量設(shè)備都已數(shù)字化，但是限于當(dāng)時(shí)儀器開(kāi)發(fā)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的水平，許多測(cè)量設(shè)備的測(cè)試原理基本是從數(shù)字化的角度對(duì)傳統(tǒng)模擬測(cè)試方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的重新解釋，并沒(méi)有充分挖掘數(shù)字測(cè)量方式在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理方面的優(yōu)勢(shì)而作出適當(dāng)?shù)耐庋雍凸δ軘U(kuò)充，傳統(tǒng)高壓斷路器機(jī)械特性測(cè)試儀也不例外。

　　基于狀態(tài)測(cè)量的高壓斷路器機(jī)械特性測(cè)試儀對(duì)一些動(dòng)態(tài)特性測(cè)試、擾動(dòng)頻繁、多參數(shù)聯(lián)合衡量的測(cè)試不能很好地滿足要求。

　　(1) 對(duì)斷路器固有時(shí)間的測(cè)試。從定義上看，固有時(shí)間是指斷路器從發(fā)出動(dòng)作命令到第一個(gè)斷口分開(kāi)或接觸之間的時(shí)間，其曲線見(jiàn)圖1，對(duì)于電路響應(yīng)時(shí)間和裝置本身的固有動(dòng)作時(shí)間不作區(qū)分。固有時(shí)間的計(jì)時(shí)起點(diǎn)由操作指令觸發(fā)，計(jì)時(shí)停止由第一個(gè)狀態(tài)改變的斷口信號(hào)觸發(fā)，即固有時(shí)間T=t1+t2，從操作繞組的電壓曲線看，時(shí)間t1是電路響應(yīng)時(shí)間，合理的講，斷路器的固有動(dòng)作時(shí)間應(yīng)該以最后一個(gè)斷口的位置改變?yōu)榻Y(jié)束，由于狀態(tài)測(cè)試的局限性，迫使我們?cè)谠摐y(cè)試中忽略了電路的響應(yīng)時(shí)間和斷口不同期時(shí)間，這其實(shí)是一個(gè)折中的妥協(xié)方案。

?

　　圖1　固有時(shí)間曲線

?

　　圖2　位移—時(shí)間曲線

　　(2) 對(duì)速度測(cè)試。速度是個(gè)時(shí)刻量，目前多采用走完固定位移花掉多少時(shí)間的方式獲得一個(gè)平均值，位移—時(shí)間曲線見(jiàn)圖2。由于采用狀態(tài)測(cè)試需要明確的狀態(tài)標(biāo)志，因此指令發(fā)出時(shí)刻自然成了位移運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，而速度只能通過(guò)V=S1/(t1+t2)的方式獲得。因?yàn)椋跔顟B(tài)測(cè)試中，t1時(shí)刻或者說(shuō)動(dòng)作原點(diǎn)時(shí)刻的特征不明顯，無(wú)法捕捉到;另外，在S1對(duì)應(yīng)的t2時(shí)間內(nèi)缺乏狀態(tài)測(cè)試需要給出的狀態(tài)標(biāo)志。所以，只好通過(guò)平均值獲得速度，這與以運(yùn)動(dòng)時(shí)刻為基準(zhǔn)定義的剛分/剛合速度的定義是相違背的。

　　(3) 對(duì)操作電源的性能測(cè)試。斷路器是否能夠正確動(dòng)作，既有來(lái)自其自身的原因，也有來(lái)自操作電源的原因(如操作電源容量不足、蓄電池)

　　電池是一種能量轉(zhuǎn)化與儲(chǔ)存的裝置，它通過(guò)反映將化學(xué)能或者物理能轉(zhuǎn)化為電能。電池即一種化學(xué)電源，它由兩種不同成分的電化學(xué)活性電極分別組成正負(fù)兩極浸泡再能提供媒體傳導(dǎo)作用的電解質(zhì)中，當(dāng)連接在某一外部載體上時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)換其內(nèi)部的化學(xué)能來(lái)提供電能。

　　老化或?qū)Ь€截面小等)。如何判斷原因來(lái)自哪個(gè)因素，用狀態(tài)測(cè)量不可能對(duì)操作電源的性能作出測(cè)試，因?yàn)樵跔顟B(tài)測(cè)試思維中根本不考慮操作中發(fā)生了什么事情，但是如果我們能夠基于過(guò)程測(cè)試的思維將操作過(guò)程中操動(dòng)繞組的I—U曲線記錄下來(lái).

?

　　3　基于過(guò)程測(cè)量法

　　3.1　過(guò)程測(cè)量

　　所謂過(guò)程測(cè)量是相對(duì)于狀態(tài)測(cè)量而言的，其核心有2個(gè):①對(duì)被測(cè)參數(shù)作全過(guò)程記錄;②所有被測(cè)參數(shù)基于同一參考系，可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的互相關(guān)聯(lián)。在過(guò)程測(cè)量的思維里，放棄了傳統(tǒng)的事件標(biāo)定方法(特征狀態(tài)或特征數(shù)據(jù))，所有被測(cè)量基于同一個(gè)參考系(多為時(shí)間參考系)，所有事件的處理都基于這個(gè)參考系，并且同等持續(xù)地對(duì)待整個(gè)測(cè)試中的所有狀態(tài)或數(shù)據(jù)，這即簡(jiǎn)化了測(cè)試邏輯，也為相關(guān)量之間的互相標(biāo)定創(chuàng)造了可能。用過(guò)程測(cè)量的思維處理上述三個(gè)問(wèn)題顯得十分簡(jiǎn)單。

　　(1) 在斷路器固有時(shí)間的測(cè)試中，由于我們同時(shí)全過(guò)程記錄了斷口的狀態(tài)轉(zhuǎn)變和操作繞組電壓的變化曲線，且這兩個(gè)量有統(tǒng)一的時(shí)間坐標(biāo)，因此，很容易精確獲得電路響應(yīng)時(shí)間和斷路器自身的動(dòng)作時(shí)間。

　　(2)在速度測(cè)試中，我們能夠精確地把計(jì)時(shí)時(shí)間起點(diǎn)和位移時(shí)刻原點(diǎn)統(tǒng)一在一起，不必象狀態(tài)測(cè)試中那樣把計(jì)時(shí)時(shí)間起點(diǎn)定義在操作指令發(fā)出時(shí)刻，更為重要的是可以通過(guò)位移時(shí)間曲線切線斜率的方式求出任意時(shí)刻的即時(shí)速度，而不再是平均速度。另外，觸頭的彈跳情況也能在位移—時(shí)間曲線中再現(xiàn)出來(lái)。

?　　(3) 通過(guò)對(duì)操作繞組上電壓、電流曲線的全過(guò)程記錄及其他參數(shù)的關(guān)聯(lián)記錄，可以明確區(qū)分到底是操作電源問(wèn)題還是操作機(jī)構(gòu)問(wèn)題，并且還能對(duì)繞組的電氣特性和操作電源的性能作出科學(xué)的評(píng)價(jià)。

　　其實(shí)，電氣設(shè)備在激勵(lì)源的激勵(lì)下達(dá)到某個(gè)狀態(tài)的過(guò)渡過(guò)程中會(huì)表現(xiàn)出很多有價(jià)值的信息，這些信息往往比穩(wěn)定的狀態(tài)信息更有價(jià)值，以前限于測(cè)試手段、技術(shù)水平的原因，沒(méi)有對(duì)過(guò)渡信息進(jìn)行記錄和利用，隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)過(guò)渡信息進(jìn)行記錄已經(jīng)變成可能。

　　3.2　非接觸方式

　　利用過(guò)程測(cè)量方式，高壓斷路器機(jī)械特性測(cè)試儀不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的科學(xué)精確測(cè)試，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓斷路器機(jī)械特性中位移、速度的非接觸測(cè)試。

　　目前，高壓斷路器機(jī)械特性測(cè)試儀在位移、速度的測(cè)試方面基本都采用接觸方式來(lái)獲得高壓斷路器的位移、速度信息，也就是必須將位移傳感器接觸安裝在斷路器的聯(lián)動(dòng)部分，通過(guò)接觸斷路器的運(yùn)動(dòng)來(lái)感受其運(yùn)動(dòng)信息。由于高壓斷路器的結(jié)構(gòu)和形狀各異，因此該方式在現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試中十分困難，甚至不可能實(shí)現(xiàn)。

　　利用光反射偏移原理可實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓斷路器速度、位移的非接觸測(cè)試。光電測(cè)量位移、速度原理圖見(jiàn)圖4。?

?

　　圖4　光電測(cè)量位移、速度原理圖

　　從圖4中可以看出，被測(cè)物體在從位置h2運(yùn)動(dòng)到位置h1時(shí)，通過(guò)被測(cè)物體反射到測(cè)試平面的光線從S2運(yùn)行到S1 ，通過(guò)幾何關(guān)系很容易算出被測(cè)物體的位移h=h1-h2與測(cè)試平面的感受位移S=S1-S2之間的關(guān)系h=S/(2tgθ)由于θ值是已知的，S是可測(cè)量的，所以，可以通過(guò)反射光的偏移位移得到被測(cè)物體本身的位移h。由于光的速度很快，只要測(cè)試平面的掃描速度足夠快(20 kHz即50μs)即能夠?qū)\(yùn)動(dòng)物體的位移、速度實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)試。

?

　　實(shí)現(xiàn)位移、速度非接觸測(cè)試的好處:①不需現(xiàn)場(chǎng)煩瑣的安裝;②適應(yīng)所有的結(jié)構(gòu)(不包括沒(méi)有外露聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的);③免受劇烈震動(dòng)的干擾;④不對(duì)斷路器的動(dòng)作造成任何障礙。

?

　　4　過(guò)程測(cè)量?jī)x的組成

　　(1) 電源單元：交流電源輸入，操作電源為交直流48～250 V連續(xù)可調(diào)，最大輸出電流可達(dá)20 A，當(dāng)被測(cè)斷路器分合閘回路的電流超過(guò)此電流值時(shí)可外接操作電源。

　　穩(wěn)壓電源就是能為負(fù)載提供穩(wěn)定交流電源或直流電源的電子裝置，包括交流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)壓電源兩大類。

　　(恒壓源)具有體積小、質(zhì)量輕、輸出電流大、精度高及穩(wěn)定性能好等特點(diǎn)。由于操作電源與特性參數(shù)測(cè)量溶為一體，可直接控制斷路器合閘、分閘，同時(shí)將所有特性參數(shù)一并測(cè)出，并顯示或打印測(cè)量結(jié)果。

　　(2) 測(cè)量單元：測(cè)量單元包括行程(或位移)測(cè)量回路、計(jì)時(shí)回路、開(kāi)關(guān)量(斷口分合)接入回路，斷路器只需動(dòng)作一次就可獲得相應(yīng)操作的所有測(cè)量數(shù)據(jù)。

　　(3) 中央處理單元：將各測(cè)量參數(shù)按照預(yù)先輸入的程序進(jìn)行運(yùn)算，判斷，并負(fù)責(zé)儀器內(nèi)各單元之間的通信、聯(lián)系、協(xié)調(diào)，故障診斷，接受和發(fā)出指令。?

　　(4) 輸出單元：具有大屏幕顯示器，可用漢字顯示全部機(jī)械特性參數(shù)，打印機(jī)直接鑲?cè)朊姘澹梢员砀裥问綕h字打印全部合分參數(shù);可漢字顯示接線出錯(cuò)、拒合和拒分、數(shù)據(jù)溢出等各種故障。

　　5　主要技術(shù)指標(biāo)

　　掃描時(shí)間范圍0～1000ms，精度80μs;位移范圍0～400mm(100～500 mm)，精度0.01mm;操作電壓輸入范圍DC-400～+400V，精度0.5V;操作電流輸入范圍0～120A，精度0.02A;采樣頻率大于10kHz ;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間6MB(可擴(kuò)充至14～30 MB);模擬量通道8路(4～20mA、0～5V、0～10V可選);開(kāi)關(guān)量通道8路開(kāi)入，6路開(kāi)出;工作電源電壓AC220±10%;儀器最大功耗150W;工作環(huán)境溫度 -20～+85℃;相對(duì)濕度不大于80%。

　　6　結(jié)束語(yǔ)

　　由于基于過(guò)程測(cè)試的非接觸高壓斷路器機(jī)械特性測(cè)試儀，掃描、跟蹤、記錄了開(kāi)關(guān)動(dòng)作的全部過(guò)程，并將相關(guān)參數(shù)統(tǒng)一在同一參考系(時(shí)間)下，不僅可以對(duì)開(kāi)關(guān)的控制回路、操作機(jī)構(gòu)的響應(yīng)結(jié)果作出判斷，還可以對(duì)過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行再現(xiàn)，這對(duì)于深入、全面地研究開(kāi)關(guān)的動(dòng)作性能有著重要的意義，同時(shí)由于實(shí)現(xiàn)了速度、位移的非接觸測(cè)量，為現(xiàn)場(chǎng)高壓斷路器的速度、位移測(cè)試提供了簡(jiǎn)單、實(shí)用、科學(xué)的測(cè)試手段。