基于DSP的电磁推斥高速断路器机械特性检测装置

　　1 引言

　　作为电网主要保护和控制设备的断路器，其动作的可靠性对供电可靠性是极为重要的。影响断路器可靠性的一个主要因素就是其操动机构的可靠性。据国际大电网CIGRE对断路器故障调查的统计结果可知，断路器70.3%的故障是由于操动机构的机械故障引起的。出厂成品的机械特性检验成为断路器质量保证的重要手段之一。

　　本文针对一种新型操动机构(电磁推斥高速操动机构)采用 TMS320F2812 数字信号处理器和虚拟仪器(Virtual Instrument,VI)设计了一个断路器机械特性检测系统，主要实现以下功能：

　　⑴ 系统利用 DSP 完成对电磁推斥高速操动机构断路器相关机械特性参数的采集和转换，采用串行通信进行数据传送。

　　⑵ 系统利用 LabVIEW 完成对采集信号的计算分析、曲线显示、历史记录查询和打印功能。

　　2 硬件设计

　　测试系统以 TMS320LF2812 为核心，分合闸线圈电流测量采用 Rogowski 线圈，采集的信号通过积分器转化为相应电压后经信号调理电路输出至 DSP 的 A/D 模块，动触头行程的测量采用上海微敏自控公司的 MTS H 50 型号的磁栅尺，采集的信号通过信号调理电路输出至 DSP 的事件管理器的正交编码电路(QEP)。

　　2.1 分、合闸线圈电流信号的检测

　　本装置选用了 Rogowski 线圈来对分合闸线圈电流进行测量，然后采用积分器将电流信号相应处理为比例电压。Rogowski 线圈和被测回路之间没有直接的电联系，对被测回路的影响较小也不会消耗被测回路的能量。同时由于它有良好的电磁屏蔽、频带较宽、结构简单等优点，这对保证整个装置的测量稳定性及精度都十分有利。电磁推斥高速操动机构断路器分、合闸线圈电流I 经过如图 2 所示的 Rogowski 线圈和积分器后，其电流信号转换为电压信号，电流和输出电压比为 1000︰1。经过积分器的电压信号(0~10 V)必须经过调理电路滤波和降压到 DSP 能接受的范围(0~3.3 V)。信号调理电路如图 3，最后信号经 TMS320F2812 内部的逐次逼近型 A/D 转换器进行模数转换，完成电流高速数据采集。

　　2.2 触头行程信号的检测

　　本装置的研究对象-电磁推斥高速操动机构断路器，其测量行程：<20 mm，分合闸时间：2~5ms。一般如光栅尺，LVDT 式位移传感器等均达不到要求，最后选用了上海微敏自控技术有限公司型号为 MTS H50 的磁栅尺，各项指标符合标准。

　　磁栅尺将采集到的行程信号转换成四路电脉冲信号 A和 A、 B和 B，如图 4。将 A、B 接入隔离调理电路，如图 5。经过光耦隔离，反相后，分别接到 TMS320F2812 的捕获引脚 CAP1、CAP2进行脉冲计数(将 CAP1、CAP2 设置成正交编码工作模式)。MTS H50 型号的磁栅尺表示一个脉冲为 50 μm，每个时间读取的位移nS 可得，50 (μm)nS = N。