DQZHAN訊：如何監(jiān)測真空斷路器真空度？

近幾年，10kV真空斷路器因其較高的運行可靠性，在供電公司電網(wǎng)改造中得到廣泛應(yīng)用。

斷路器

真空斷路器滅弧室（真空泡）的真空度是決定其電氣性能的主要因素之一。真空泡內(nèi)真空度降低，不僅降低了真空斷路器長期耐受系統(tǒng)電壓的能力和在運行過程中耐受內(nèi)、外過電壓的能力，而且極難有效斷開故障電流。

隨著使用年限的增加，真空斷路器真空度會逐步下降。盡管執(zhí)行了定期檢修制度，但在運行過程中對真空度無法檢測，只能通過破壞性高壓試驗驗證。事實上，真空斷路器復(fù)雜的密封結(jié)構(gòu)也不允許用戶進(jìn)行常規(guī)手段進(jìn)行檢測。因此需要對運行中的真空斷路器的真空度進(jìn)行在線監(jiān)測。

目前對真空斷路器真空度在線監(jiān)測方法主要有：電光變換法、耦合電容法、超聲波檢測法、脈沖電流檢測法、通過分壓電容檢測屏蔽罩放電電流法、通過非接觸式微波傳感器檢測法等。充分考慮經(jīng)濟(jì)性、附加裝置運行穩(wěn)定性、是否具有推廣價值，選擇非接觸式微波傳感器檢測法，把真空度變化送到運行值班后臺機，并對真空泡出現(xiàn)的異常情況每天進(jìn)行24小時遠(yuǎn)程監(jiān)控。

檢測原理

當(dāng)真空泡真空度正常時，僅需幾百伏的電壓就可維持帶電觸頭與中間屏蔽罩之間由場發(fā)射的電子流，屏蔽罩積累的電荷使屏蔽罩上的電位較高，*高可接近電源電壓的峰值，且比較穩(wěn)定；真空斷路器的金屬導(dǎo)桿和觸頭與屏蔽罩之間相當(dāng)于一個電容器，真空斷路器的屏蔽罩對地也相當(dāng)于一個電容器。

當(dāng)真空度降低時，滅弧室內(nèi)的氣體密度變大，內(nèi)部氣體壓力的升高將導(dǎo)致氣體分子、金屬粒子、各種粒子增多，從而引起絕緣特性下降，預(yù)擊穿電壓降低，發(fā)生預(yù)擊穿的幾率增多，產(chǎn)生預(yù)放電，導(dǎo)致屏蔽罩電位下降，并使真空斷路器周邊電場強度發(fā)生變化。在內(nèi)部氣體壓力開始變化時這種變化不是很明顯，但到一定值時電場變化變得十分明顯，然后又趨于緩和，其變化曲線類似于低通濾波器。因此利用這一曲線，通過外加特定的微波型號穿透真空斷路器，收集反饋信號的變化，可以較好地判斷內(nèi)部氣體壓力的變化趨勢。

當(dāng)內(nèi)部氣體壓力進(jìn)一步升高時，金屬導(dǎo)桿和觸頭主要通過導(dǎo)電氣體對屏蔽罩充放電，由于屏蔽罩對地的電容很小，少量的電荷堆積即可大幅度減小觸頭附近的電場強度。因此難以形成穩(wěn)定的導(dǎo)電性通道。而可能在觸頭的邊緣形成電暈，此刻通過外加特定的微波穿透信號，該電暈使得屏蔽罩上的反饋信號周期性出現(xiàn)，檢測這個特定的反饋信號的存在，就可以反映內(nèi)部氣體壓力的變化。

實踐過程

由安裝在真空斷路器現(xiàn)場的天線傳感器檢測到屏蔽罩周圍的反饋信號電場的變化，通過信號輸送通道和相應(yīng)的濾波，放大以及轉(zhuǎn)換器件將相關(guān)數(shù)據(jù)送達(dá)中央程序處理器（CPU）進(jìn)行判斷處理。

由于真空斷路器中的反饋信號和周邊的電場與真空斷路器現(xiàn)場的干擾噪聲信號處于同一數(shù)量級的電場環(huán)境之中，因此必須從硬件和軟件上采取抗干擾措施，保證系統(tǒng)有很強的抗干擾性能，使系統(tǒng)獲得有效可靠的故障真實信號。為此，天線傳感器發(fā)射、采集元件必須盡可能安放在屏蔽罩的附近，在硬件的各個環(huán)節(jié)上必須采用屏蔽、隔離、濾波、放大，選擇合適的頻帶等措施避開干擾噪聲的頻譜。如圖1所示。

每個開關(guān)點的真空采集集中器信號線連接到PLC的DI輸入點。通訊線路采用串口485的西門子PLC200，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)到后臺Nport串口服務(wù)器。PLC串口連接到Nport的串口1上，Nport的網(wǎng)絡(luò)口與交換機相連進(jìn)入局域網(wǎng)，與后臺主機進(jìn)行通訊傳輸數(shù)據(jù)。

后臺主機安裝windowsserver2008操作系統(tǒng)和microsoftSQLserver數(shù)據(jù)庫，以及數(shù)據(jù)庫服務(wù)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)組態(tài)等程序。現(xiàn)場PLC檢測點動作組態(tài)界面能夠及時刷新顯示，正確顯示各個開關(guān)的狀態(tài)，同時存入歷史數(shù)據(jù)庫。主機系統(tǒng)中安裝Tomcat部署WEB發(fā)布程序，局域網(wǎng)中其他電腦通過瀏覽器可以瀏覽主機界面及數(shù)據(jù)。如圖2所示。

運行效果

電力系統(tǒng)的高壓開關(guān)柜中包括了磁場、電場、電弧干擾及電火花干擾。在硬件上，要設(shè)計合適頻譜范圍的帶通濾波回路濾除噪聲干擾，在軟件上也必須采取相應(yīng)的抗干擾措施。

運行中斷路器發(fā)生真空泄露過程通常較緩慢，其反饋產(chǎn)生的特殊信號與其他干擾信號相比，次數(shù)頻繁、持續(xù)時間長，在軟件上，以模糊數(shù)學(xué)理論和小波變換理論為基礎(chǔ)，結(jié)合以下兩點特征來判斷是否為真正的真空泄露時的特殊反饋信號。

其一，判斷是否在外加信號的一個時間周期產(chǎn)生的反饋信號。根據(jù)隨機抽樣理論，設(shè)備自身隨機控制產(chǎn)生外加信號的時間點和頻譜脈寬，使反饋信號變成隨時檢測又可以控制抽取的判斷依據(jù)，完全排除了現(xiàn)場干擾可能導(dǎo)致的信號重疊。

其二，此特定頻譜上的反饋信號是否可以在一定時限內(nèi)不間斷出現(xiàn)。通過基于此的硬件和軟件上的結(jié)合處理，從硬件上采用精密電阻、NPO級電容，及高帶寬、高速的運算放大器，構(gòu)成隔離、帶通濾波、放大回路，有效濾除各種雜波；采用極小功率的微波發(fā)射芯片，實現(xiàn)高可靠的微波信號發(fā)射；采用高速24位AD實現(xiàn)高分辨率采樣；采用高速大規(guī)模浮點DSP芯片保證運算的快速性和穩(wěn)定性。經(jīng)過將近一年的運行，真空斷路器在線監(jiān)測裝置實現(xiàn)了在復(fù)雜環(huán)境下的正確判斷。