基于过程测量法 - 高压断路器机械特性测试仪测试解决方案

3　基于过程测量法

　　3.1　过程测量

　　所谓过程测量是相对于状态测量而言的，其核心有2个:①对被测参数作全过程记录;②所有被测参数基于同一参考系，可以实现相关参数的互相关联。在过程测量的思维里，放弃了传统的事件标定方法(特征状态或特征数据)，所有被测量基于同一个参考系(多为时间参考系)，所有事件的处理都基于这个参考系，并且同等持续地对待整个测试中的所有状态或数据，这即简化了测试逻辑，也为相关量之间的互相标定创造了可能。用过程测量的思维处理上述三个问题显得十分简单。

　　(1) 在断路器固有时间的测试中，由于我们同时全过程记录了断口的状态转变和操作绕组电压的变化曲线，且这两个量有统一的时间坐标，因此，很容易精确获得电路响应时间和断路器自身的动作时间。

　　(2)在速度测试中，我们能够精确地把计时时间起点和位移时刻原点统一在一起，不必象状态测试中那样把计时时间起点定义在操作指令发出时刻，更为重要的是可以通过位移时间曲线切线斜率的方式求出任意时刻的即时速度，而不再是平均速度。另外，触头的弹跳情况也能在位移—时间曲线中再现出来。

 　　(3) 通过对操作绕组上电压、电流曲线的全过程记录及其他参数的关联记录，可以明确区分到底是操作电源问题还是操作机构问题，并且还能对绕组的电气特性和操作电源的性能作出科学的评价。

　　其实，电气设备在激励源的激励下达到某个状态的过渡过程中会表现出很多有价值的信息，这些信息往往比稳定的状态信息更有价值，以前限于测试手段、技术水平的原因，没有对过渡信息进行记录和利用，随着技术的发展，对过渡信息进行记录已经变成可能。

　　3.2　非接触方式

　　利用过程测量方式，高压断路器机械特性测试仪不仅可实现对参数的科学精确测试，还可实现对高压断路器机械特性中位移、速度的非接触测试。

　　目前，高压断路器机械特性测试仪在位移、速度的测试方面基本都采用接触方式来获得高压断路器的位移、速度信息，也就是必须将位移传感器接触安装在断路器的联动部分，通过接触断路器的运动来感受其运动信息。由于高压断路器的结构和形状各异，因此该方式在现场的测试中十分困难，甚至不可能实现。

　　利用光反射偏移原理可实现对高压断路器速度、位移的非接触测试。光电测量位移、速度原理图见图4。?

　　

 

　　图4　光电测量位移、速度原理图

　　从图4中可以看出，被测物体在从位置h2运动到位置h1时，通过被测物体反射到测试平面的光线从S2运行到S1 ，通过几何关系很容易算出被测物体的位移h=h1-h2与测试平面的感受位移S=S1-S2之间的关系h=S/(2tgθ)由于θ值是已知的，S是可测量的，所以，可以通过反射光的偏移位移得到被测物体本身的位移h。由于光的速度很快，只要测试平面的扫描速度足够快(20 kHz即50μs)即能够对运动物体的位移、速度实现非接触测试。

 

　　实现位移、速度非接触测试的好处:①不需现场烦琐的安装;②适应所有的结构(不包括没有外露联动机构的);③免受剧烈震动的干扰;④不对断路器的动作造成任何障碍。

 

　　4　过程测量仪的组成

　　(1) 电源单元：交流电源输入，操作电源为交直流48～250 V连续可调，最大输出电流可达20 A，当被测断路器分合闸回路的电流超过此电流值时可外接操作电源。

　　稳压电源就是能为负载提供稳定交流电源或直流电源的电子装置，包括交流稳压电源和直流稳压电源两大类。

　　(恒压源)具有体积小、质量轻、输出电流大、精度高及稳定性能好等特点。由于操作电源与特性参数测量溶为一体，可直接控制断路器合闸、分闸，同时将所有特性参数一并测出，并显示或打印测量结果。

　　(2) 测量单元：测量单元包括行程(或位移)测量回路、计时回路、开关量(断口分合)接入回路，断路器只需动作一次就可获得相应操作的所有测量数据。

　　(3) 中央处理单元：将各测量参数按照预先输入的程序进行运算，判断，并负责仪器内各单元之间的通信、联系、协调，故障诊断，接受和发出指令。?

　　(4) 输出单元：具有大屏幕显示器，可用汉字显示全部机械特性参数，打印机直接镶入面板，可以表格形式汉字打印全部合分参数;可汉字显示接线出错、拒合和拒分、数据溢出等各种故障。

　　5　主要技术指标

　　扫描时间范围0～1000ms，精度80μs;位移范围0～400mm(100～500 mm)，精度0.01mm;操作电压输入范围DC-400～+400V，精度0.5V;操作电流输入范围0～120A，精度0.02A;采样频率大于10kHz ;数据存储空间6MB(可扩充至14～30 MB);模拟量通道8路(4～20mA、0～5V、0～10V可选);开关量通道8路开入，6路开出;工作电源电压AC220±10%;仪器最大功耗150W;工作环境温度 -20～+85℃;相对湿度不大于80%。

　　6　结束语

　　由于基于过程测试的非接触高压断路器机械特性测试仪，扫描、跟踪、记录了开关动作的全部过程，并将相关参数统一在同一参考系(时间)下，不仅可以对开关的控制回路、操作机构的响应结果作出判断，还可以对过渡过程进行再现，这对于深入、全面地研究开关的动作性能有着重要的意义，同时由于实现了速度、位移的非接触测量，为现场高压断路器的速度、位移测试提供了简单、实用、科学的测试手段。