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断路器机械特性在线监测系统设计摘要：文中对断路器机械特性在线监测技术的关键技术进行了分析，断路器机械特性在线监测技术的设计方法进行了验证，并依据结果进行了监测系统的软、硬件设计，设计完成了儒术先进、效果明显、科学实用的断路器机械特性在线监测系统，为实时监测断路器工作状态，及时发出隐患和故障，确保电力安全做出了积极贡献。
关键词：断路器；机械特性；在线监测；系统；设计前言：断路器在电力电网系统中起着至关重要的作用，它的运行质量直接影响整个电力系统运行的安全性和可靠性。
断路器的机械特性参数是判断断路器运行状态的重要指标，通过对断路器机械特性参数的监测，能够判断出断路器是否在正常稳定运行。
采用传统的离线监测技术对断路器的机械特性进行监测，已经难以满足断路器机械特性监测的实际要求，而在线监测技术可以有效地解决离线监测技术的不足，可以更快速、直观地获得断路器的机械特性。
因此，研究断路器机械特性在线监测的关键技术设计与验证具有重要的现实意义。
1断路器机械特性在线监测技术的关键技术传统的离线机械特性监测通常是用5厘米线性位移传感器测量断路器的行程，并采集三相真空灭弧室的分裂和接通信号。
在此基础上，可以得到刚分点和刚合点的信号，这为断路器各种机械特性的参数的计算提供了可靠的依据，根据信号可以正确表现出断路器机械性能的真实情况。
离线监测技术和在线监测的区别在于传感器是不是安装在断路器内部，对断路器的结构、绝缘和机械特性有没有不良影响。
因此，需要的传感器的体积相对较小，可以快速方便地获得离线测量的刚性点和刚合点信号参数。
断路器的机械特性在线监测需要12 kV 的高电压。
刚性连接点和刚合点的获取也是一个难点。
断路器状态监测的参数主要包括以下几个方面：合闸数据，主要包括合闸线圈电流、合闸速度、合闸方式、行程全长以及开关数据，开关数据主要包括分闸线圈电流、速度、刚度、分闸程度和开敞距离等。
2断路器机械特性在线监测技术的设计方法及验证2.1线性位移传感器在线监测技术的设计方法和验证传统的机械特性测试仪主要采用线性位移传感器在线监测技术来检测断路器的机械特性参数。
高压开关机械特性测试仪传感器的选配各类传感器型号1、光电机械传感器适用对象：少油、多油直线位移：0~750mm距离范围：l-750mm 测量误差±0.0Imm速度：＞10m∕s误差±0.01m∕s2、线性电阻传感器（CWY30∙2K型）适用对象：真空直线位移：（T3Omm距离范围：＜30mm误差：0.01速度：≥5m∕s误差：0.01m∕s3、线性电阻传感器（KTCI50-5K型）适用对象：SF6断路器直线位移：0~150mm距离范围：＜150mm 误差：0.01mm速度：210m∕s误差：0.01m∕s4、角度位移传感器（WDS65∙1K型）适用对象：SF6断路器角位移345°;距离范围：自定分辩率：0.1°速度：≥15m∕s分辩率：0.1%5、角度位移传感器（D36-II-2K型）适用对象：SF6断路器角位移360°;距离范围：自定分辩率：0.1°速度：≥15m∕s分辩率：0.1%传感器安装时注意事项①动触头轴线与滑杆轴线间的同轴度误差≤0.2mm.②尽量使用传感器中部位置，确定触头的分合位置，使动触头的行程包含在滑杆的行程中，让杆上下运动时留有缓冲余量。
③安装要紧固可靠，在测试中使传感器本体与开关本体不能产生相对位移。
④传感器属于精密电子仪器，各个部位请一定要注意防水防尘，尽量保持干燥清洁。
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位移传感器的原理位移传感器（Displacement Sensor）是一种测量物体位移大小的装置，广泛应用于机械、仪器仪表、自动化控制及相关行业。
它能够实时地测量物体相对于一些基准点的位置变化，并将变化量转换为相应的电信号输出。
1.电阻式电阻式位移传感器是根据导电性材料在外力作用下产生电阻变化的原理来测量位移的。
一般采用电阻片和导电材料的组合，通过测量电阻值的变化来判断位移的大小。
当外力作用于传感器时，导电材料会发生伸缩变化，从而改变电阻值。
利用电桥或电源和电流信号，可以将电阻值转换为电压或电流输出。
电阻式位移传感器适用于测量小幅度位移，具有响应速度快、稳定性好、分辨率高的特点。
但由于其结构简单，一般只能测量单个方向的位移。
2.电容式电容式位移传感器是利用两个电极间的电容变化来测量位移的原理。
当物体位移时，两个电极之间的电容会发生变化。
常见的电容式位移传感器有平板型和圆柱型两种，其中平板型较为常见。
平板型电容式位移传感器由两个平行板组成，物体位于两电极之间，位移时会改变电容值。
采用交流激励信号，通过测量电容的变化来获得位移信息。
电容式位移传感器具有高精度、长寿命、响应速度快的特点。
但由于测量过程对环境的要求较高，同时受到电容板的尺寸和测量距离的限制，适用于小尺寸、短行程的位移测量。
3.光学式光学式位移传感器是利用光学原理来测量位移的装置。
它利用光电效应来感知光线的变化，并将其转换为电信号输出。
常见的光学式位移传感器包括物体反射式和光栅式。
物体反射式位移传感器通过发送光束到物体上，反射光线经传感器接收后转换为电信号，通过计算光束的偏移量来得到位移值。
光栅式位移传感器则是通过光栅尺的光电放大器测量光栅运动的变化，从而获取位移信息。
光学式位移传感器具有分辨率高、精度高、不受噪声干扰的特点。
但光电器件容易受到尘埃和污染的影响，同时测量距离有限，适用于小位移范围的测量。
4.磁性式磁性式位移传感器是利用物体相对于传感器的磁场发生变化来测量位移的原理。
位移传感器的性能介绍概述位移传感器是一种可以测量物体位移的传感器，它可以将物体的位移转换成电信号输出，常用于测量机械运动、加速度以及物体的振动等数据。
其中，位移传感器是最常见的测量传感器之一，目前已经得到广泛的应用。
在本文中，我们将对位移传感器的性能进行详细介绍。
精度位移传感器的精度是指其输出值与实际位移的偏差度量。
精度是一个非常重要的性能参数，直接影响到传感器的有效性和可靠性。
一般来说，传感器精度越高，其输出值与实际值之间的误差就越小。
常见的位移传感器精度为1 um ~ 10 um，而高精度位移传感器可以达到0.1 um以下。
线性度位移传感器的线性度是指在其测量范围内，输出值与输入值之间的比例关系是否恒定。
通常来说，我们通过将知道大小、精确度和线性度稳定的标准移动物来测试线性度。
线性度越好，位移传感器的测量范围就越广，而测量结果也更加准确。
频率响应特性位移传感器的频率响应特性也是其性能之一。
通常，高性能位移传感器在40Hz以下频率下的响应都会非常好，而高频率响应也越快，那么这个传感器就越能够测量高速运动的物体。
稳定性任何测量系统的稳定性都是最基本的要求之一，这也适用于位移传感器。
传感器的稳定性一般指它的测量性能能长时间保持稳定状态。
如果一个传感器稳定性差，那么它的输出值会随着时间的推移而发生变化，这样的传感器就很难用于科学实验和工业生产中。
其他性能指标除了上述性能指标，传感器还有一系列辅助性能指标，比如灵敏度、响应时间、温度稳定性、噪声等。
这些指标的好坏都直接关系到传感器的测度效果。
总结综上所述，位移传感器是一种常见的测量传感器之一，其性能直接影响到其有效性和可靠性，不同的应用场景需要不同的位移传感器。
因此，在选择和使用位移传感器时应该充分考虑这些性能参数，并根据实际情况进行选择。
断路器在电网系统中发挥着至关重要的作用,其运行水平直接影响整个电网系统运行的安全性和可靠性。
机械特性参数是判断断路器运行状态的重要指标,通过对断路器的机械特性参数进行监测,能够判断断路器是否能够正常、稳定运行。
传统的断路器机械特性监测采用离线监测技术,难以满足智能化断路器机械特性监测的实际要求。
在线监测技术的应用,能够有效地解决离线监测技术的各种弊端,更加快速、直观地获得断路器的机械特性。
因此,文章针对智能化断路器机械特性在线监测关键技术设计及验证的研究具有非常重要的现实意义。
1 智能化断路器机械特性在线监测技术关键技术概述传统离线式机械特性监测,通常应用5cm直线位移传感器对断路器的行程进行测量,对三相真空灭弧室的分、合信号进行采集,并以此为依据获得刚分点、刚合点的信号,这样能够为断路器机械特性各种参数的计算提供可靠的依据。
离线监测技术和在线监测的区别在于传感器安装在断路器的内部,不会对断路器的结构、绝缘特性以及机械特性等产生不良影响,因此传感器的体积相对较小,并且能够快速、方便地获取离线测量的刚合点、刚分点。
智能化断路器(12kV(VS1)真空断路器)机械特性的在线监测需要施加12kV高压,如何获取刚合点、刚分点也是一个难点。
智能化断路器状态监测的参数主要包括以下几个方面:合闸数据,主要包括:合闸线圈电流、合闸速度、合闸实践以及全行程;分闸数据,主要包括分闸线圈电流、分闸速度、刚分速度、分闸实践以及开距等。
2 智能化断路器机械特性在线监测技术设计方法及其验证(1)直线位移传感器在线监测技术设计方法及其验证。
传统机械特性测试仪主要采用直线位移传感器在线监测技术,对断路器的机械特性参数进行检测。
直线位移传感器通常设置在断路器动静触头运动方向上,这样能够对断路器的行程-时间特性参数进行直接的反映。
因为受到12kV(VS1)真空断路器开关空间的限制,应该选择体积相对较小的直线位移传感器,并将其安装在断路器中。
SWT-III 系列开关机械特性测试仪使用说明书中国中国··西安西安博能电力技术有限公司博能电力技术有限公司MU LU目录MU LU公司简介 (3)产品配置说明 (4)产品综合功能 (4)产品主要技术参数 (5)产品使用注意事项 (5)产品使用说明 (6)硬件部分 (6)接线说明 (6)传感器安装与设置 (8)辅助触点安装 (12)软件部分 (13)机械特性测试 (13)测试结果显示 (14)数据管理 (15)报表打印 (18)寿命测试 (20)标准参考曲线及包络线功能 (21)公司简介公司简介西安博能电力技术有限公司是一家坐落于古城西安，专业从事高压电器产品检测、监测、控制和电力系统自动化产品研发、设计、生产、销售和技术服务于一体的高科技企业。
公司具有雄厚的技术研发和设计能力，核心技术人员分别来自国家高压电器质量监督检验中心——西安高压开关电器研究所和各大院校的博士后工作站；从而使每种产品的研发、设计都能由业内知名专家、学者担纲，保证了产品技术的先进性和质量的稳定性。
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为了给用户提供高品质的售前售后服务，公司培育了一支优秀的技术服务队伍。
断路器机械特性测试用的位移传感器
作者：刘立
来源：《科技传播》2012年第22期
摘要本文详细的介绍了位移传感器从最初单纯地记号笔方式到光标标定方式，再到光电编码器方式，最后到仍然还在探索和发展阶段的与传感器的非接触测量的例如半导体激光位移传感器这样的方式，四个发展阶段以及两种机械特性的测量方式。
关键词断路器；位移传感器；测量方式
中图分类号TM56 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）79-0138-02
1 位移传感器
所谓位移传感器又叫做线性传感器，它可以分为电感式、电容式、光电式、位移、超声波式、霍尔式多种形式。
位移传感器的应用主要是在一些具有自动化装备的生产线上对模拟量来进行一些智能的控制。
2 位移传感器的四个主要发展阶段
断路器的机械特性测试的第一个阶段是将一个记号笔连接到动触头的连杆上，通过这个连接的记号笔在设定好坐标纸上的将断路器的运动轨迹来描绘出来，这样就可以非常直观地将行程值记录下来，并且可以将出现相对应的速度值方便地计算出来。
在这里我们来看一下，记号笔所体现的功能其实就是位移传感器相应的功能。
在这里比较具有代表性的两个仪器分别是振荡器和转鼓仪。
断路器的机械特性测试的第二个阶段是将一个滑线电阻的动臂固定在动触头的拉杆位置上，之后在滑线电阻的两端再施加一定额度的电压，把配合的16线示波器所得出来的那个行程时间来借助一下光标的标定所绘出的波形曲线，这样就可以得到所要了解的相关速度、行程数据，还可以把波形通过连接的打印机打印出来。
这种方法主要是借助一个电子示波器，已经可以比较直观将断路器的机械特性测试出来。
与此同时滑线电阻动臂也与动触头的拉杆一起运动用电压记录这一功能完成了速度测试、位移的传感器的两个功能，但是这个位移传感器的缺点就是调整起来会比较麻烦，测量的精度也相对比较低。
断路器的机械特性测试的第三个阶段，也是现在国内外很多用户都在使用的数字化、智能化以及图形化的一个综合的断路器机械特性的测试设备，例如国外很有名的KoCOS特性仪、宝珈马等以及国内现在正在被广泛使用的生产厂家的试验仪器设备。
现在这种具有综合特性的设备的核心位移传感器绝大部分都是采用了滑线电阻尺或者是光电编码器。
光电编码器也是在不断发展和完善的，从早些时候的分辨率比较低的割纹、打孔光电编码器到如现在分辨率非常高的印制有条纹薄膜的光电编码器，这种光电编码器具有很强的抗干扰性、将测量的数值自动
转成绝对值两个最大的优点。
滑线电阻尺的原理与上面介绍的滑线电阻相同，如果电阻尺有标定，也是可以将绝对位移值测试出来的。
滑线电阻尺分为旋转式和直线式两种，旋转式的电阻尺可以测量有旋转角度的，而直线式的只能进行长度的测量。
这种类型的传感器由于是同动触头运动连杆直接相连和安装的，所以可以将运动触头行程的变化测试出来，这样就可以是测试结果相对之前的非电气型传感器要更直观、准确，也更具有可操作性。
但是，它也有自身的缺点那就是调试安装相对麻烦，特别要说的是传感器的接头安装、选择会对测量的结果会有直接的影响，而且容易损坏。
断路器的机械特性测试的第四个阶段是在整个领域内还在探索的阶段中，例如涡电流位移、半导体激光、磁致伸缩位移传感器等等。
在第四阶段中实现了传感器同断路器之间的非接触测量这是与前三个阶段的最本质区别，整个测量的精度不再受振动因素的影响，精度也会更高，而且传感器也不容易损坏了，但是目前仍然还缺乏可以与这个领域进行配套的专业仪器。
随着机械特性科技的不断发展和提高，非接触这种测量方式一定是未来发展的必然趋势。
本文对涡电流位移传感器和半导体激光位移传感器两种位移传感器做一些介绍，现在这两种传感器的前景最被看好。
首先我们来看一下涡电流位移传感器，它是很好地利用了一个高频磁场。
当一个运动着的物体在磁场内出现的时候，电磁感应就会使垂直于这个磁路的那个涡电流在运动的物体表面流动。
这就可以使感测的头线圈电阻改变，通过这样的检测它的电阻变化来测定运动速度以及位移量。
再来说一下半导体激光位移传感器包含两个原件分别是位敏探测器和发光元件，目标物的整个运动情况检测是通过三角测量来完成的。
半导体的激光器是一个发光元件，光束通过透镜来聚焦在运动的物体上面。
运动物体在通过透镜把反射回来并且聚焦在位敏探测器上面形成了光点。
光点会随着运动的物体而移动，这样就可以通过光点移动的状况来测定运动速度和位移量。
3 位移传感器的直接与间接测量
断路器的机械特性测试要想将直接测量实现，前提必须是安装一个位移传感器在它的动静触头上，也可以安装在与动静触头的位移量是完全相同的部位上。
但是所要解决的问题是有一部分的断路器，特别要说的是高压的断路器，因为没有办法在灭弧室内去安装位移传感器那么也就是说没有办法直接的取到这个动静触头的位移量，怎样才能将断路器机械特性测试的测试顺利进行下去呢？在实际的速度、位移测量中实际上是通过间接方式来测量的。
例如Lw 8-35型的断路器就在这样的技术条件下明确的提出灭弧室拐臂旋转角度与行程的一个关系，我们可以借助一个旋转电位器或者是光电编码器测量它的拐臂旋转的角度，通过观察计算它们直接的对应关系，来实现整个行程的一个间接测量。
生产厂家已经把断路器的操动机构工作缸的行程或者灭弧室的行程同拐臂的旋转角度直接的对应关系是实现机械特性间接测量的一个基础前提，或将灭弧事的行程直接给出，也就是说不用进行位移量的测试，将它的行程默认为是标称行程。
根据这个行程和时间曲线，把断路器时间的特性计算出速度特性以及其他的一些技术性数据。
这样的间接测试方法在本质上看其实是一种近似的删速法，并不能把真实的绝对行程来测量出来，而只能是通过这样的已知行程，去近似地测量它的速度和位移。
4 结论
对于断路器机械特性测试用的位移传感器的选择我们应该根据整个断路器的结构特点，去合理地做传感器类型的选择，同时要严格按照厂家的生产技术要求去制定一个科学、合理的测试方法，去完成测试过程。
如果没有按照要求，那么无论在传感器的安装方法、选择和速度、部位定义等等一系列，其他一切的间接测试的方法都比如会影响的测试数据可信的程度。
参考文献
[1]吕学午，姚毅，闫玲.位移传感器的发展及研究[D].四川理工学院，2009.。
