高压断路器机械特性测试仪测试解决方案

1　概述
　　高压断路器机械特性测试是开关生产、安装、调试过程中不可缺少的一项内容，对于检测、鉴定断路器的机械特性有重要的意义。固有分（合）闸时间、速度和行程、操作电源质量（操动绕组的I—U曲线）是高压断路器能否可靠工作的重要参数。由于高压断路器的动作时间短，动作时振动大，早期的检测装置由于采样技术和传感器技术的水平所限，对于这些瞬变参数的检测，尤其是对速度和位移的检测缺乏可信的检测手段；随着现代工业技术的发展，目前出品的新型断路器开距小、速度快，对高压断路器机械特性测试仪的要求更加苛刻。因此，市场迫切需要一种具有先进测试原理、现场操作方便、测量数据可靠的新型高压断路器测试仪器。

　　随着计算机技术和传感器技术的发展，为基于过程测量的非接触高压断路器机械特性测试仪的实现提供了可能。经过反复的市场调研和对位移传感器现状及发展趋势的长期跟踪，北京合智诚技术有限公司、西安高压供电局变电修试所、焦作电厂检修分厂联合提出了基于过程测试的非接触式高压断路器机械特性测试仪的实施方案，并经过近一年的研制、试验取得了令人满意的效果。该仪器根据国标GB 3309—1989和GB 1984—1989标准中有关检测项目和术语定义进行设计制造，它所能检测的项目和数据的处理均优于有关国家标准，对速度和位移的测量方法独特，传感器不必与断路器的动作连杆接触，使得现场测量既方便又可靠，并且可实现过程测量，改变了以往状态测量法的不足。

2　基于特征状态测量法

　　状态测量是指检测装置对被测参数的分析、处理和判断只能基于一些特定的状态数据，而对其他非特征状态数据不作记录和响应。目前对高压断路器机械特性的测试，普遍采用的是这种基于特征状态数据的接触式测试仪。这种测试仪原理简单，易于实现，但却只能对设备被测参数的粗略情况作出定性的判断。它除了在固有分合闸的测量上能够让人接受外，在区分机械动作时间、电气响应时间方面无能为力，对其他类参数的测试也不尽人意。

　　虽然随着计算机技术的普及，目前许多电气测量设备都已数字化，但是限于当时仪器开发时计算机技术和传感器技术的水平，许多测量设备的测试原理基本是从数字化的角度对传统模拟测试方法进行简单的重新解释，并没有充分挖掘数字测量方式在数据存储、处理方面的优势而作出适当的外延和功能扩充，传统高压断路器机械特性测试仪也不例外。

　　基于状态测量的高压断路器机械特性测试仪对一些动态特性测试、扰动频繁、多参数联合衡量的测试不能很好地满足要求。

　　（1） 对断路器固有时间的测试。从定义上看，固有时间是指断路器从发出动作命令到第一个断口分开或接触之间的时间，其曲线见图1，对于电路响应时间和装置本身的固有动作时间不作区分。固有时间的计时起点由操作指令触发，计时停止由第一个状态改变的断口信号触发，即固有时间T=t1+t2，从操作绕组的电压曲线看，时间t1是电路响应时间，合理的讲，断路器的固有动作时间应该以最后一个断口的位置改变为结束，由于状态测试的局限性，迫使我们在该测试中忽略了电路的响应时间和断口不同期时间，这其实是一个折中的妥协方案。

图1　固有时间曲线

图1　固有时间曲线

图2　位移—时间曲线

　　(2) 对速度测试。速度是个时刻量，目前多采用走完固定位移花掉多少时间的方式获得一个平均值，位移—时间曲线见图2。由于采用状态测试需要明确的状态标志，因此指令发出时刻自然成了位移运动的起点，而速度只能通过V=S1/（t1+t2）的方式获得。因为，在状态测试中，t1时刻或者说动作原点时刻的特征不明显，无法捕捉到；另外，在S1对应的t2时间内缺乏状态测试需要给出的状态标志。所以，只好通过平均值获得速度，这与以运动时刻为基准定义的刚分/刚合速度的定义是相违背的。

　　(3) 对操作电源的性能测试。断路器是否能够正确动作，既有来自其自身的原因，也有来自操作电源的原因（如操作电源容量不足、蓄电池老化或导线截面小等）。如何判断原因来自哪个因素，用状态测量不可能对操作电源的性能作出测试，因为在状态测试思维中根本不考虑操作中发生了什么事情，但是如果我们能够基于过程测试的思维将操作过程中操动绕组的I—U曲线记录下来.

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。