淺談光電耦合器的電位測量與故障檢測

王超

（朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司原平分公司修試工隊，山西 忻州 035503）

1 光電耦合器的作用

光電耦合器（optical coupler，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器，簡稱光耦。光電耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。

朔黃鐵路原平分公司管內(nèi)變電所從2011年綜自改造后，在信號回路中應(yīng)用了大量光電耦合器（簡稱“光耦”），目前見到最多的，是瑞聯(lián)電氣RET110VDCO R20L型號，光電耦合器在綜自系統(tǒng)中的應(yīng)用，其作用主要有以下幾點。

1.1 隔離不同電位的電路

兩個信號回路之間要進(jìn)行信號的傳輸，但兩電路之間由于供電級別差別較大，例如一路為110V，另一路為24V；兩種差異較大的供電系統(tǒng)，無法將電源共用。

1.2 保證人員與設(shè)備的安全

例如110V的電路與強(qiáng)電有聯(lián)系，人體接觸有觸電危險，需予以隔離。而24V電路所接入的裝置插件為人體經(jīng)常接觸的部分，不應(yīng)將危險高電壓混入到一起。兩者之間，既要完成信號傳輸，又要保證人身安全。另外，當(dāng)光電耦合器件輸入側(cè)受到強(qiáng)電壓沖擊損壞時，因光耦的隔離作用，輸出側(cè)電路卻能安全。

1.3 增強(qiáng)裝置內(nèi)部電路抗干擾能力

開關(guān)量輸入輸出通道和模擬量輸入輸出通道，都是干擾竄入的渠道，要切斷這條渠道，就要去掉對象與輸入輸出通道之間的公共地線，實現(xiàn)彼此電隔離以抑制干擾脈沖。光電耦合器的信號傳輸是電-光-電的轉(zhuǎn)換，這就意味著光耦的信號傳輸過程中只受光的干擾，不受電磁干擾的影響，可以給予保護(hù)裝置穩(wěn)定干凈的工作環(huán)境。

1.4 組成開關(guān)電路

當(dāng)輸入信號Ui為低電平時，晶體管V1處于截止?fàn)顟B(tài)，光電耦合器B1中發(fā)光二極管的電流近似為零，輸出端Q11、Q12間的電阻很大，相當(dāng)于開關(guān)“斷開”；當(dāng)Ui為高電平時，V1導(dǎo)通，B1中發(fā)光二極管發(fā)光，Q11、Q12間的電阻變小，相當(dāng)于開關(guān)“接通”。該電路因Ui為低電平時，開關(guān)不通，故為高電平導(dǎo)通狀態(tài)。同理，因無信號（Ui為低電平）時，開關(guān)導(dǎo)通，故為低電平導(dǎo)通狀態(tài)。

2 光電耦合器的電位測量

光耦在信號回路中的接入方式，這里以牽引變配電所進(jìn)線101斷路器的信號回路舉例，光耦2端子，全部并聯(lián)接入702線，電壓為-55V。光耦3端子，全部并聯(lián)接入保護(hù)裝置電源端子，電壓為+24V。

應(yīng)在信號回路中，光耦的3、4端接入的是信號電源，信號電源是保護(hù)裝置電源板中的逆變模塊，將輸入的110V直流電壓轉(zhuǎn)換為24V直流電壓，信號電源采用浮地的方式，同機(jī)殼不相連。所以，信號端子的電位測量應(yīng)以遙信公共端為參考點。

總結(jié)：無論光耦是否處于工作狀態(tài)（LED燈亮或者滅），只要小母線空開正常供電，保護(hù)裝置電源正常供電，那么，光耦的2端子對地測量電位為-55V，光耦的3端子對遙信公共端測量為+24V。

此時，以733線所接遙信回路與735線所接遙信回路各自分析。

當(dāng)101斷路器處于分位時，733線所連接的常開接點為常開狀態(tài)，1端子由于正電開路，電壓0V，2端子由于并接702線，電壓-55V，發(fā)光二極管兩端電位差為-55V，達(dá)不到110V工作電壓，此回路光耦LED燈滅。3端子由于并接F02端子，對遙信公共端電壓+24V，4端子由于光敏三極管未受光照，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)（視為開路），4端子電壓0V。

總結(jié)：LED燈滅的光耦，1、2端子間電壓-55V，3、4端子間電壓+24V，1端子對地0V，2端子對地-55V，3端子對遙信公共端+24V，4端子對遙信公共端0V。

當(dāng)101斷路器處于分位時，735線所連接的常閉接點為閉合狀態(tài)，1端子由于正電導(dǎo)通，電壓+55V，2端子由于并接702線，電壓-55V，發(fā)光二極管兩端電位差為110V，此回路光耦LED燈亮。3端子由于并接F02端子，對遙信公共端電壓+24V，4端子由于光敏三極管受到光照，三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，4端子對遙信公共端電壓+24V。

總結(jié)：LED燈亮的光耦，1、2端子間電壓110V，3、4端子間電壓0V，1端子對地+55V，2端子對地-55V，3端子對遙信公共端+24V，4端子對遙信公共端+24V。

后臺機(jī)與保護(hù)裝置所報的信息是保護(hù)裝置內(nèi)的ZJ動作，ZJ的正電源測，接入的是3端子-光敏三極管-4端子，ZJ的負(fù)電源側(cè)，接入的是保護(hù)裝置遙信公共端。

3 光電耦合器的故障檢測

3.1 LED燈不亮，1端子無+55V電壓

對策：檢查1端子至+KM之間電氣回路，接點是否正常轉(zhuǎn)換，回路是否導(dǎo)通。

3.2 LED燈不亮，2端子無-55V電壓

對策：請檢查2端子并接-KM的連片是否連接牢固，檢查其他光耦的2端子是否有-55V電壓，若全部光耦-55V電壓均沒有，則檢查小母線是否由空開正常供電。

3.3 LED燈不亮，但1、2端子均電壓正常

對策：考慮光耦內(nèi)部二極管損壞，此時應(yīng)拆下光耦，看其背部內(nèi)部電路，找到二極管連接觸角，共3個二極管，此時，將萬用表打至二極管/蜂鳴檔（蜂鳴檔即二極管檔，該檔有兩個圖標(biāo)），測試1、2、3所標(biāo)三個二極管，有黑圈的為二極管負(fù)極，當(dāng)萬用表紅黑表筆接入2、3二極管正負(fù)極時，萬用表顯示600mV左右壓降，反向測量為滿溢（萬用表顯示“|”）時，說明該二極管正常，當(dāng)萬用表紅黑表筆接入1發(fā)光二極管時，發(fā)光二極管LED燈亮，反向測量，LED燈不亮，說明發(fā)光二極管正常，若三個二極管中，有不符合上述規(guī)律者，則說明二極管損壞。

應(yīng)注意數(shù)字萬用表測量二極管，一定要用二極管檔去測量，其它電阻檔的測量電壓低（只0.55V左右），導(dǎo)不通二極管，所以不能測量出二極管的電阻。用二極管檔測量二極管，正向出來的值是一個穩(wěn)定的值，為二極管兩端的壓降。反向應(yīng)測不出數(shù)值，意為無窮大。

3.4 LED燈亮，3端子對遙信公共端無+24V電壓

對策：請檢查3端子并接保護(hù)裝置+24V電源端子的連片是否連接牢固，檢查其他光耦的3端子是否有+24V電壓，若全部光耦+24V電壓均沒有，則檢查保護(hù)裝置是否由空開正常供電，保護(hù)裝置電源板是否正常工作。

3.5 LED燈亮，4端子對遙信公共端無+24V電壓

對策：檢查發(fā)光二極管LED燈是否照亮，若1、2端子電位無誤，LED燈正常照亮，3端子電壓正常，但4端子電壓為0，則考慮是光敏三極管損壞，此時，保持+KM與-KM帶電，發(fā)光二極管LED正常照亮，斷開保護(hù)裝置電源空開，使+24V電源端子失電，正常情況下，受到光照，光敏三極管兩極導(dǎo)通，此時使用萬用表，將萬用表打至電阻檔，（因為此時三極管兩引出極應(yīng)已導(dǎo)通，所以可以使用電阻檔直接測量電阻），若3、4端子之間電阻有且浮動，則光敏三極管正常，若3、4端子之間電阻無窮大，則光敏三極管損壞。

3.6 LED燈亮，1、2、3、4端子電壓均正常，遙信不上傳

對策：應(yīng)考慮保護(hù)裝置內(nèi)部，該信號回路某元件出現(xiàn)故障或系統(tǒng)設(shè)置遙信信息、遙信對位有誤。

4 結(jié)語

在變電所每年的故障處理中，信號回路故障占有不小的比例，而光電耦合器又是信號回路中的重要元件，通過判斷光電耦合器的好壞，能將信號故障的故障范圍進(jìn)行縮小，讓檢修人員快速判斷是光耦至電氣設(shè)備之間的二次回路出現(xiàn)問題，還是光耦至保護(hù)裝置與后臺機(jī)的二次回路出現(xiàn)問題。檢修人員應(yīng)熟悉掌握光耦的工作原理與電位測量方法，以提升故障處理的工作效率。

[1]王永利.光電耦合器的工作原理及檢測[J].家電檢修技術(shù)，2010，(08).