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　　斷路器又叫空氣開關，是一種很基本的低壓電器，斷路器具有過載、短路和欠電壓保護功能，能保護線路和電源的能力。它可用來分配電能，不頻繁地啟動異步電動機，對電源線路及電動機等實行保護，當它們發生嚴重的過載或者短路及欠壓等故障時能自動切斷電路，其功能相當于熔斷器式開關與過欠熱繼電器等的組合。而且在分斷故障電流后一般不需要變更零部件，一獲得了廣泛的應用。

　　機械特性測試是開關生產、安裝、調試過程中不可缺少的一項內容，對于檢測、鑒定斷路器的機械特性有重要的意義。固有分(合)閘時間、速度和行程、操作電源質量(操動繞組的I—U曲線)是高壓斷路器能否可靠工作的重要參數。由于高壓斷路器的動作時間短，動作時振動大，早期的檢測裝置由于采樣技術和傳感器技術的水平所限，對于這些瞬變參數的檢測，尤其是對速度和位移的檢測缺乏可信的檢測手段;隨著現代工業技術的發展，目前出品的新型斷路器開距小、速度快，對高壓斷路器機械特性測試儀的要求更加苛刻。因此，市場迫切需要一種具有先進測試原理、現場操作方便、測量數據可靠的新型高壓斷路器測試儀器。

　　隨著計算機技術和傳感器技術的發展，為基于過程測量的非接觸高壓斷路器機械特性測試儀的實現提供了可能。

　　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的線性器件，接通電源后，在開關的感應面將產生一個交變磁場，當金屬物體接近此感應面時，金屬中則產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，然后根據衰減量的變化來完成無接觸檢測物體的目的。 　　電感式位移傳感器具有無滑動觸點，工作時不受灰塵等非金屬因素的影響，并且低功耗，長壽命，可使用在各種惡劣條件下。位移傳感器主要應用在自動化裝備生產線對模擬量的智能控制。 　　位移是和物體的位置在運動過程中的移動有關的量，位移的測量方式所涉及的范圍是相當廣泛的。小位移通常用應變式、電感式、差動變壓器式、渦流式、霍爾傳感器來檢測，大的位移常用感應同步器、光柵、容柵、磁柵等傳感技術來測量。其中光柵傳感器因具有易實現數字化、精度高(目前分辨率最高的可達到納米級)、抗干擾能力強、沒有人為讀數誤差、安裝方便、使用可靠等優點，在機床加工、檢測儀表等行業中得到日益廣泛的應用。

　　現狀及發展趨勢的長期跟蹤，北京合智誠技術有限公司、西安高壓供電局變電修試所、焦作電廠檢修分廠聯合提出了基于過程測試的非接觸式高壓斷路器機械特性測試儀的實施方案，并經過近一年的研制、試驗取得了令人滿意的效果。該儀器根據國標GB 3309—1989和GB 1984—1989標準中有關檢測項目和術語定義進行設計制造，它所能檢測的項目和數據的處理均優于有關國家標準，對速度和位移的測量方法獨特，傳感器不必與斷路器的動作連桿接觸，使得現場測量既方便又可靠，并且可實現過程測量，改變了以往狀態測量法的不足。

　　2　基于特征狀態測量法

　　狀態測量是指檢測裝置對被測參數的分析、處理和判斷只能基于一些特定的狀態數據，而對其他非特征狀態數據不作記錄和響應。目前對高壓斷路器機械特性的測試，普遍采用的是這種基于特征狀態數據的接觸式測試儀。這種測試儀原理簡單，易于實現，但卻只能對設備被測參數的粗略情況作出定性的判斷。它除了在固有分合閘的測量上能夠讓人接受外，在區分機械動作時間、電氣響應時間方面無能為力，對其他類參數的測試也不盡人意。

　　雖然隨著計算機技術的普及，目前許多電氣測量設備都已數字化，但是限于當時儀器開發時計算機技術和傳感器技術的水平，許多測量設備的測試原理基本是從數字化的角度對傳統模擬測試方法進行簡單的重新解釋，并沒有充分挖掘數字測量方式在數據存儲、處理方面的優勢而作出適當的外延和功能擴充，傳統高壓斷路器機械特性測試儀也不例外。

　　基于狀態測量的高壓斷路器機械特性測試儀對一些動態特性測試、擾動頻繁、多參數聯合衡量的測試不能很好地滿足要求。

　　(1) 對斷路器固有時間的測試。從定義上看，固有時間是指斷路器從發出動作命令到第一個斷口分開或接觸之間的時間，其曲線見圖1，對于電路響應時間和裝置本身的固有動作時間不作區分。固有時間的計時起點由操作指令觸發，計時停止由第一個狀態改變的斷口信號觸發，即固有時間T=t1+t2，從操作繞組的電壓曲線看，時間t1是電路響應時間，合理的講，斷路器的固有動作時間應該以最后一個斷口的位置改變為結束，由于狀態測試的局限性，迫使我們在該測試中忽略了電路的響應時間和斷口不同期時間，這其實是一個折中的妥協方案。

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　　圖1　固有時間曲線

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　　圖2　位移—時間曲線

　　(2) 對速度測試。速度是個時刻量，目前多采用走完固定位移花掉多少時間的方式獲得一個平均值，位移—時間曲線見圖2。由于采用狀態測試需要明確的狀態標志，因此指令發出時刻自然成了位移運動的起點，而速度只能通過V=S1/(t1+t2)的方式獲得。因為，在狀態測試中，t1時刻或者說動作原點時刻的特征不明顯，無法捕捉到;另外，在S1對應的t2時間內缺乏狀態測試需要給出的狀態標志。所以，只好通過平均值獲得速度，這與以運動時刻為基準定義的剛分/剛合速度的定義是相違背的。

　　(3) 對操作電源的性能測試。斷路器是否能夠正確動作，既有來自其自身的原因，也有來自操作電源的原因(如操作電源容量不足、蓄電池)

　　電池是一種能量轉化與儲存的裝置，它通過反映將化學能或者物理能轉化為電能。電池即一種化學電源，它由兩種不同成分的電化學活性電極分別組成正負兩極浸泡再能提供媒體傳導作用的電解質中，當連接在某一外部載體上時，通過轉換其內部的化學能來提供電能。

　　老化或導線截面小等)。如何判斷原因來自哪個因素，用狀態測量不可能對操作電源的性能作出測試，因為在狀態測試思維中根本不考慮操作中發生了什么事情，但是如果我們能夠基于過程測試的思維將操作過程中操動繞組的I—U曲線記錄下來.

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　　3　基于過程測量法

　　3.1　過程測量

　　所謂過程測量是相對于狀態測量而言的，其核心有2個:①對被測參數作全過程記錄;②所有被測參數基于同一參考系，可以實現相關參數的互相關聯。在過程測量的思維里，放棄了傳統的事件標定方法(特征狀態或特征數據)，所有被測量基于同一個參考系(多為時間參考系)，所有事件的處理都基于這個參考系，并且同等持續地對待整個測試中的所有狀態或數據，這即簡化了測試邏輯，也為相關量之間的互相標定創造了可能。用過程測量的思維處理上述三個問題顯得十分簡單。

　　(1) 在斷路器固有時間的測試中，由于我們同時全過程記錄了斷口的狀態轉變和操作繞組電壓的變化曲線，且這兩個量有統一的時間坐標，因此，很容易精確獲得電路響應時間和斷路器自身的動作時間。

　　(2)在速度測試中，我們能夠精確地把計時時間起點和位移時刻原點統一在一起，不必象狀態測試中那樣把計時時間起點定義在操作指令發出時刻，更為重要的是可以通過位移時間曲線切線斜率的方式求出任意時刻的即時速度，而不再是平均速度。另外，觸頭的彈跳情況也能在位移—時間曲線中再現出來。

?　　(3) 通過對操作繞組上電壓、電流曲線的全過程記錄及其他參數的關聯記錄，可以明確區分到底是操作電源問題還是操作機構問題，并且還能對繞組的電氣特性和操作電源的性能作出科學的評價。

　　其實，電氣設備在激勵源的激勵下達到某個狀態的過渡過程中會表現出很多有價值的信息，這些信息往往比穩定的狀態信息更有價值，以前限于測試手段、技術水平的原因，沒有對過渡信息進行記錄和利用，隨著技術的發展，對過渡信息進行記錄已經變成可能。

　　3.2　非接觸方式

　　利用過程測量方式，高壓斷路器機械特性測試儀不僅可實現對參數的科學精確測試，還可實現對高壓斷路器機械特性中位移、速度的非接觸測試。

　　目前，高壓斷路器機械特性測試儀在位移、速度的測試方面基本都采用接觸方式來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動部分，通過接觸斷路器的運動來感受其運動信息。由于高壓斷路器的結構和形狀各異，因此該方式在現場的測試中十分困難，甚至不可能實現。

　　利用光反射偏移原理可實現對高壓斷路器速度、位移的非接觸測試。光電測量位移、速度原理圖見圖4。?

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　　圖4　光電測量位移、速度原理圖

　　從圖4中可以看出，被測物體在從位置h2運動到位置h1時，通過被測物體反射到測試平面的光線從S2運行到S1 ，通過幾何關系很容易算出被測物體的位移h=h1-h2與測試平面的感受位移S=S1-S2之間的關系h=S/(2tgθ)由于θ值是已知的，S是可測量的，所以，可以通過反射光的偏移位移得到被測物體本身的位移h。由于光的速度很快，只要測試平面的掃描速度足夠快(20 kHz即50μs)即能夠對運動物體的位移、速度實現非接觸測試。

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　　實現位移、速度非接觸測試的好處:①不需現場煩瑣的安裝;②適應所有的結構(不包括沒有外露聯動機構的);③免受劇烈震動的干擾;④不對斷路器的動作造成任何障礙。

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　　4　過程測量儀的組成

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

　　穩壓電源就是能為負載提供穩定交流電源或直流電源的電子裝置，包括交流穩壓電源和直流穩壓電源兩大類。

　　(恒壓源)具有體積小、質量輕、輸出電流大、精度高及穩定性能好等特點。由于操作電源與特性參數測量溶為一體，可直接控制斷路器合閘、分閘，同時將所有特性參數一并測出，并顯示或打印測量結果。

　　(2) 測量單元：測量單元包括行程(或位移)測量回路、計時回路、開關量(斷口分合)接入回路，斷路器只需動作一次就可獲得相應操作的所有測量數據。

　　(3) 中央處理單元：將各測量參數按照預先輸入的程序進行運算，判斷，并負責儀器內各單元之間的通信、聯系、協調，故障診斷，接受和發出指令。?

　　(4) 輸出單元：具有大屏幕顯示器，可用漢字顯示全部機械特性參數，打印機直接鑲入面板，可以表格形式漢字打印全部合分參數;可漢字顯示接線出錯、拒合和拒分、數據溢出等各種故障。

　　5　主要技術指標

　　掃描時間范圍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 ;數據存儲空間6MB(可擴充至14～30 MB);模擬量通道8路(4～20mA、0～5V、0～10V可選);開關量通道8路開入，6路開出;工作電源電壓AC220±10%;儀器最大功耗150W;工作環境溫度 -20～+85℃;相對濕度不大于80%。

　　6　結束語

　　由于基于過程測試的非接觸高壓斷路器機械特性測試儀，掃描、跟蹤、記錄了開關動作的全部過程，并將相關參數統一在同一參考系(時間)下，不僅可以對開關的控制回路、操作機構的響應結果作出判斷，還可以對過渡過程進行再現，這對于深入、全面地研究開關的動作性能有著重要的意義，同時由于實現了速度、位移的非接觸測量，為現場高壓斷路器的速度、位移測試提供了簡單、實用、科學的測試手段。