國內(nèi)真空斷路器真空度在線監(jiān)測的應(yīng)用現(xiàn)狀

張舉海 李文生

（1.中煤國際工程集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院，重慶 400016；2.四川省電力設(shè)計(jì)院，成都 610000）

1 引言

真空斷路器的常見故障包括機(jī)械故障和電氣故障。電氣故障中的真空滅弧室真空度下降是真空斷路器運(yùn)行中威脅電網(wǎng)安全的一個(gè)主要因素。為了保障真空滅弧室的可靠運(yùn)行，國內(nèi)外科研人員做了多方面的工作，但是作為一個(gè)機(jī)械性的機(jī)構(gòu)，在滅弧室慢性漏氣方面仍然沒有得到根本性的解決。

電力企業(yè)均按電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)要求，進(jìn)行定期停電進(jìn)行檢測和檢修，對(duì)真空滅弧室的真空度進(jìn)行測量。但由于預(yù)防性試驗(yàn)周期時(shí)間間隔較長，在檢修間隔時(shí)發(fā)生的真空下降是不易被發(fā)現(xiàn)的；且檢修時(shí)需要斷路器退出運(yùn)行，其檢測條件與運(yùn)行狀態(tài)相差較大，難以對(duì)運(yùn)行時(shí)的真空度狀態(tài)做出正確判斷。因此，在斷路器運(yùn)行時(shí)監(jiān)測滅弧室的真空狀態(tài)，是保障真空斷路器安全運(yùn)行的可靠措施。

國內(nèi)外許多專家學(xué)者提出了多種斷路器真空度在線的理論，但能形成產(chǎn)品并應(yīng)用于工程大量推廣使用的卻很少有。四川英特萊電氣公司研發(fā)出了VM 型真空斷路器在線監(jiān)測裝置，通過了相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證，成功應(yīng)用在電網(wǎng)、石化、冶金、鐵路、煤礦等領(lǐng)域。

2 真空滅弧室在線監(jiān)測的方法

2.1 利用磁控放電方法（離線檢測）

磁控放電法測試真空滅弧室的真空度是目前被公認(rèn)的準(zhǔn)確度較高的一種離線檢測方法，但該方法需要真空斷路器處于分閘狀態(tài)，并需在滅弧室上施加同步的磁場與高壓電場脈沖，試驗(yàn)方法較為復(fù)雜，故無法將其用于真空滅弧室真空度的在線檢測。

2.2 滅弧室靜觸頭端安裝真空傳感器法

真空滅弧室在制造過程中，在靜觸頭端安裝了真空傳感器，利用真空傳感器來測量真空滅弧室內(nèi)的真空度。但是這套在線監(jiān)測系統(tǒng)必須使用特殊的、安裝有真空傳感器的真空滅弧室，因此必須是掌握了此項(xiàng)技術(shù)的真空滅弧室制造廠家才可能實(shí)現(xiàn)此功能。且其成本較高，在實(shí)際中使用較少，對(duì)于已經(jīng)使用了真空開關(guān)的用戶更是不可能實(shí)現(xiàn)。

2.3 局部放電法、耦合電容法、光電變換法

局部放電法監(jiān)測方式為接收高頻脈沖信號(hào)，通過對(duì)高頻脈沖信號(hào)的處理來判別真空狀態(tài)。耦合電容法是通過對(duì)比屏蔽罩電平與基準(zhǔn)電平的變化來判別真空狀態(tài)。光電變換法是通過檢測光傳感器在不同電場中光學(xué)性能的變化來判別真空狀態(tài)的，因?yàn)榻邮盏氖歉哳l信號(hào)，所以不受安裝位置、滅弧室尺寸、系統(tǒng)電壓等的影響。

耦合電容法因?yàn)橐獙?duì)屏蔽罩電平與基準(zhǔn)電平進(jìn)行比較，它的傳感器在不同的位置時(shí)，其感應(yīng)到的屏蔽罩電平不同，而且在系統(tǒng)電壓和滅弧室尺寸變化時(shí)，傳感器感應(yīng)的屏蔽罩電平也不同，所以它受安裝位置、滅弧室尺寸、系統(tǒng)電壓的影響較大，在工程應(yīng)用中難以應(yīng)用。

光電變換法采用光纖傳輸信號(hào)，其抗干擾性較好。但是因?yàn)楣鈧鞲衅鞲袘?yīng)的電場變化與傳感器的安裝位置、系統(tǒng)電壓的影響，使它具有與耦合電容法一樣的缺點(diǎn)，而且它使用了光電、電光轉(zhuǎn)換元件，所以造價(jià)較高。

2.4 VM型斷路器真空度在線監(jiān)測裝置原理

基于局部放電法與帕邢法則的工作原理如下所述。

放電電壓的相似法則是在 1889年由德國實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家帕邢首次在實(shí)驗(yàn)中明確的法則，它的定義是“氣體在均勻電場中的放電電壓為此氣體的壓力p和間隙距離d乘積的函數(shù)”，即某氣體在均勻電場中的放電電壓，可通過改變壓力、間隙距離來求取得，用公式表示即為Vs=f(pd)。

在內(nèi)部氣體壓力開始變化時(shí)這種變化不是很明顯，但到一定值時(shí)電場變化變得十分明顯， 然后又趨于緩和。 因此利用這一曲線可以較好地通過放電壓力判斷內(nèi)部氣體壓力的變化趨勢，進(jìn)而完成對(duì)真空狀態(tài)的監(jiān)測功能。

電壓等級(jí)與氣體壓力有關(guān)，即電壓等級(jí)越高，初始放電的氣體壓力越小。12kV的真空斷路器在氣體壓力約為5～10Pa，能產(chǎn)生明顯的可識(shí)別放電信號(hào)。

電力系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境是一種異常復(fù)雜的電磁環(huán)境，尤其是在高壓系統(tǒng)開關(guān)柜中表現(xiàn)得更為嚴(yán)酷，它包括了磁場，電場，電弧干擾及電火花干擾。硬件上采取屏蔽、隔離及合適頻帶等措施避開干擾。經(jīng)試驗(yàn)研究表明，放電造成的高頻脈沖主要集中在一段頻帶范圍內(nèi)。通過高通濾波和低通濾波的組合，可提取5～70kHz之間的信號(hào)。

真空泄漏是一個(gè)持續(xù)的過程。真空泄漏時(shí)的放電信號(hào)和其他干擾信號(hào)相比具有次數(shù)頻繁、持續(xù)時(shí)間長的特點(diǎn)，在軟件上通過一個(gè)周期內(nèi)至少有一個(gè)高頻脈沖和高頻脈沖持續(xù)一定延時(shí)的方式避開干擾。

VM 型產(chǎn)品包括接收高頻脈沖信號(hào)的天線傳感器、傳輸信號(hào)的屏蔽電纜、對(duì)信號(hào)進(jìn)行判別并輸出告警的裝置組成。當(dāng)滅弧室真空度正常時(shí)，受系統(tǒng)電壓的影響，屏蔽罩積累的電荷使得屏蔽罩上的電位較高，最高可接近系統(tǒng)電壓的峰值，且比較穩(wěn)定；當(dāng)真空度降低時(shí)，滅弧室內(nèi)的氣體密度變大，引起絕緣特性下降，導(dǎo)致屏蔽罩電位下降，引起周邊電場強(qiáng)度發(fā)生變化；在觸頭邊緣形成電暈，產(chǎn)生高頻脈沖。因?yàn)榻邮盏氖歉哳l信號(hào)，所以不受安裝位置、滅弧室尺寸、系統(tǒng)電壓等的影響，在工程應(yīng)用中比較容易實(shí)現(xiàn)。

3 安裝成果對(duì)該現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展的作用

在裝設(shè)VM型斷路器真空度在線監(jiān)測設(shè)備后，將對(duì)真空斷路器內(nèi)部真空度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，杜絕了由于斷路器真空度下降而導(dǎo)致的設(shè)備損壞和停電事故。同時(shí)，該型號(hào)真空度在線監(jiān)視設(shè)備體積小巧，無需改變真空斷路器的結(jié)構(gòu)，信號(hào)接收天線不受安裝位置的影響。

由于是實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，故可以省去傳統(tǒng)的定期停電檢測真空斷路器真空度試驗(yàn)，延長設(shè)備的維修保養(yǎng)周期，減少維修保養(yǎng)費(fèi)用，提高設(shè)備的利用率。

4 安裝實(shí)施

4.1 裝置安裝

真空斷路器在線監(jiān)測裝置安裝在開關(guān)柜二次室內(nèi)，考慮到不影響開關(guān)柜內(nèi)其他裝置正常工作的因素，裝置電源取用照明回路交流電源。裝置信號(hào)出口接在開關(guān)柜內(nèi)空端子上，由遠(yuǎn)動(dòng)人員進(jìn)行上送后臺(tái)的處理與定義。裝置均可靠接地。

4.2 天線傳感器安裝

天線傳感器安裝在真空斷路器附近，借助斷路器自身的安裝孔固定天線傳感器，不需要對(duì)真空斷路器進(jìn)行改動(dòng)，實(shí)現(xiàn)起來比較方便。天線傳感器與真空滅弧室距離在安全距離之外，故天線傳感器的安裝不影響真空斷路器的絕緣性能。

5 結(jié)論

在電力系統(tǒng)中開展真空斷路器真空度在線監(jiān)測，減少了設(shè)備的檢修周期和運(yùn)行維護(hù)人員的工作量，保障了電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

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