浅谈光电耦合器的电位测量与故障检测

王超

（朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司修试工队，山西 忻州 035503）

1 光电耦合器的作用

光电耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称光耦。光电耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。

朔黄铁路原平分公司管内变电所从2011年综自改造后，在信号回路中应用了大量光电耦合器（简称“光耦”），目前见到最多的，是瑞联电气RET110VDCO R20L型号，光电耦合器在综自系统中的应用，其作用主要有以下几点。

1.1 隔离不同电位的电路

两个信号回路之间要进行信号的传输，但两电路之间由于供电级别差别较大，例如一路为110V，另一路为24V；两种差异较大的供电系统，无法将电源共用。

1.2 保证人员与设备的安全

例如110V的电路与强电有联系，人体接触有触电危险，需予以隔离。而24V电路所接入的装置插件为人体经常接触的部分，不应将危险高电压混入到一起。两者之间，既要完成信号传输，又要保证人身安全。另外，当光电耦合器件输入侧受到强电压冲击损坏时，因光耦的隔离作用，输出侧电路却能安全。

1.3 增强装置内部电路抗干扰能力

开关量输入输出通道和模拟量输入输出通道，都是干扰窜入的渠道，要切断这条渠道，就要去掉对象与输入输出通道之间的公共地线，实现彼此电隔离以抑制干扰脉冲。光电耦合器的信号传输是电-光-电的转换，这就意味着光耦的信号传输过程中只受光的干扰，不受电磁干扰的影响，可以给予保护装置稳定干净的工作环境。

1.4 组成开关电路

当输入信号Ui为低电平时，晶体管V1处于截止状态，光电耦合器B1中发光二极管的电流近似为零，输出端Q11、Q12间的电阻很大，相当于开关“断开”；当Ui为高电平时，V1导通，B1中发光二极管发光，Q11、Q12间的电阻变小，相当于开关“接通”。该电路因Ui为低电平时，开关不通，故为高电平导通状态。同理，因无信号（Ui为低电平）时，开关导通，故为低电平导通状态。

2 光电耦合器的电位测量

光耦在信号回路中的接入方式，这里以牵引变配电所进线101断路器的信号回路举例，光耦2端子，全部并联接入702线，电压为-55V。光耦3端子，全部并联接入保护装置电源端子，电压为+24V。

应在信号回路中，光耦的3、4端接入的是信号电源，信号电源是保护装置电源板中的逆变模块，将输入的110V直流电压转换为24V直流电压，信号电源采用浮地的方式，同机壳不相连。所以，信号端子的电位测量应以遥信公共端为参考点。

总结：无论光耦是否处于工作状态（LED灯亮或者灭），只要小母线空开正常供电，保护装置电源正常供电，那么，光耦的2端子对地测量电位为-55V，光耦的3端子对遥信公共端测量为+24V。

此时，以733线所接遥信回路与735线所接遥信回路各自分析。

当101断路器处于分位时，733线所连接的常开接点为常开状态，1端子由于正电开路，电压0V，2端子由于并接702线，电压-55V，发光二极管两端电位差为-55V，达不到110V工作电压，此回路光耦LED灯灭。3端子由于并接F02端子，对遥信公共端电压+24V，4端子由于光敏三极管未受光照，三极管处于截止状态（视为开路），4端子电压0V。

总结：LED灯灭的光耦，1、2端子间电压-55V，3、4端子间电压+24V，1端子对地0V，2端子对地-55V，3端子对遥信公共端+24V，4端子对遥信公共端0V。

当101断路器处于分位时，735线所连接的常闭接点为闭合状态，1端子由于正电导通，电压+55V，2端子由于并接702线，电压-55V，发光二极管两端电位差为110V，此回路光耦LED灯亮。3端子由于并接F02端子，对遥信公共端电压+24V，4端子由于光敏三极管受到光照，三极管处于导通状态，4端子对遥信公共端电压+24V。

总结：LED灯亮的光耦，1、2端子间电压110V，3、4端子间电压0V，1端子对地+55V，2端子对地-55V，3端子对遥信公共端+24V，4端子对遥信公共端+24V。

后台机与保护装置所报的信息是保护装置内的ZJ动作，ZJ的正电源测，接入的是3端子-光敏三极管-4端子，ZJ的负电源侧，接入的是保护装置遥信公共端。

3 光电耦合器的故障检测

3.1 LED灯不亮，1端子无+55V电压

对策：检查1端子至+KM之间电气回路，接点是否正常转换，回路是否导通。

3.2 LED灯不亮，2端子无-55V电压

对策：请检查2端子并接-KM的连片是否连接牢固，检查其他光耦的2端子是否有-55V电压，若全部光耦-55V电压均没有，则检查小母线是否由空开正常供电。

3.3 LED灯不亮，但1、2端子均电压正常

对策：考虑光耦内部二极管损坏，此时应拆下光耦，看其背部内部电路，找到二极管连接触角，共3个二极管，此时，将万用表打至二极管/蜂鸣档（蜂鸣档即二极管档，该档有两个图标），测试1、2、3所标三个二极管，有黑圈的为二极管负极，当万用表红黑表笔接入2、3二极管正负极时，万用表显示600mV左右压降，反向测量为满溢（万用表显示“|”）时，说明该二极管正常，当万用表红黑表笔接入1发光二极管时，发光二极管LED灯亮，反向测量，LED灯不亮，说明发光二极管正常，若三个二极管中，有不符合上述规律者，则说明二极管损坏。

应注意数字万用表测量二极管，一定要用二极管档去测量，其它电阻档的测量电压低（只0.55V左右），导不通二极管，所以不能测量出二极管的电阻。用二极管档测量二极管，正向出来的值是一个稳定的值，为二极管两端的压降。反向应测不出数值，意为无穷大。

3.4 LED灯亮，3端子对遥信公共端无+24V电压

对策：请检查3端子并接保护装置+24V电源端子的连片是否连接牢固，检查其他光耦的3端子是否有+24V电压，若全部光耦+24V电压均没有，则检查保护装置是否由空开正常供电，保护装置电源板是否正常工作。

3.5 LED灯亮，4端子对遥信公共端无+24V电压

对策：检查发光二极管LED灯是否照亮，若1、2端子电位无误，LED灯正常照亮，3端子电压正常，但4端子电压为0，则考虑是光敏三极管损坏，此时，保持+KM与-KM带电，发光二极管LED正常照亮，断开保护装置电源空开，使+24V电源端子失电，正常情况下，受到光照，光敏三极管两极导通，此时使用万用表，将万用表打至电阻档，（因为此时三极管两引出极应已导通，所以可以使用电阻档直接测量电阻），若3、4端子之间电阻有且浮动，则光敏三极管正常，若3、4端子之间电阻无穷大，则光敏三极管损坏。

3.6 LED灯亮，1、2、3、4端子电压均正常，遥信不上传

对策：应考虑保护装置内部，该信号回路某元件出现故障或系统设置遥信信息、遥信对位有误。

4 结语

在变电所每年的故障处理中，信号回路故障占有不小的比例，而光电耦合器又是信号回路中的重要元件，通过判断光电耦合器的好坏，能将信号故障的故障范围进行缩小，让检修人员快速判断是光耦至电气设备之间的二次回路出现问题，还是光耦至保护装置与后台机的二次回路出现问题。检修人员应熟悉掌握光耦的工作原理与电位测量方法，以提升故障处理的工作效率。

[1]王永利.光电耦合器的工作原理及检测[J].家电检修技术，2010，(08).