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对光栅位移传感器在断路器状态检修中的应用研究 1 1 2 张成林 ，王克英 ，杨茂涛 （1．华南理工大学 电力学院，广东省 广州 510640；2．湖南省电力试验研究院，长沙 410007 ） 摘 要：本文探讨了利用光栅位移传感器在断路器状态检修 射到已调整好的光栅上时，便会产生摩尔条纹图 中的应用。采用旋转式角位移光栅行程传感器，测量断路器 像，当光栅尺移动时，图像的光强度将发生周期性 转轴的位移和速度，从而得到动触头的机械运动特性，进行 的变化，这种变化被光电池接受后，经电子信号处 分析，来预测断路器的状态。文中首先对光栅传感器和断路 理，便可达到检测位移量的目的。一般光栅尺利用 器状态检修作了简要介绍，然后分析了断路器动触头的机械 两路光电池输出两路正弦波或方波信号，检测两路 运动特性对断路器状态预测的影响，最后详细探讨了圆形光 信号的相位差，可知光栅尺的运动方向。光栅尺所 栅传感器在断路器状态检修中的应用。 检测的是相对位移，或称为增量式位移检测。但在 关键词：光栅位移传感器；断路器；状态检修；状态监测 实际应用中，都需要一个绝对的基准点，一般是在 光栅尺上每隔50或100mm 刻有一个绝对参考标记， 0 引言 以便达到基准点准确的目的。 对高压断路器，国际大电网会议就其可靠性所 图1是简单光栅系统的放大图。图中b、c、d、 作的两次世界范围调查以及我国对其事故统计分 e分别表示指示光栅沿箭头方向移动W ／4，W ／2， 析均表明，高压断路器故障8O%是机械的原因。大 3W ／4和W 时的2块光栅的相对位置。为了介绍方 多数故障是操作机构的问题。以往对高压断路器机 便，假设2块光栅的线条是黑白等间距的，它们是 械性能的检查主要是在设备交接及停电期间结合 无间隙重叠，照射光强为2I。那么，对应于a、b、 检修定期进行预防性试验，更换部件，检查操作机 c、d四个位置的反射光量分别为I，I／2，0，I／2。 构的机械特性。经验表明，频繁的操作及过度的拆 移过一个栅距W时，即在e位置，又重复了a的状态， 卸检修会降低高压断路器动作的可靠性。因此，对 所以遮光作用和光栅的相对移动呈周期性函数关 高压断路器实施状态检修和状态监测，及时了解其 系。光强的变化与位移量关系波形呈三角形，反差 运行状况，掌握其运行特性变化及变化趋势，对提 良好，如图2a所示。但实际上，由于2块光栅重叠 高其运行可靠性极为重要。目前，一些发达国家对 时，总是存在一定的间隙，光栅的衍射作用、栅线 高压开关设备的状态诊断技术已日趋成熟，国内也 的不等间距和疵病，以及发光二极管的影响，使实 有许多部门开展这方面的工作，如中国电科院开关 际波形为正弦函数波形，如图2b所示。信号经相加、 研究所1994年就研制成功KZC-1型高压断路器在线 积分、整形后，得到一方波。当光栅相对运动时， 监测仪，并已在现场经实际试运行通过考核。 方波的位相亦随之而变，两者间的关系为线性。因 在国内外高压断路器机械性能测试项目中，对 此，只要用数字电路将方波的位移量分出来，再用 主触头行程、超程及速度计算中位移量的动态测量 时钟脉冲选通，即可将位移量数字化，