中低压真空断路器灭弧室真空度在线监测的研究

摘要：中低压真空断路器在电力系统配电网运行中起接通和切断正常电流以及故障电流作用。其运行、维护和检修情况与整个系统密切相关。中低压真空断路器在线监测的提出就是基于上述因素考虑的，根据现场需要，通过应用传感技术、检测技术和数字信号处理技术等，分析真空断路器各部件工作情况，给出相应健康水平，为运行调度和检修人员提供快速、准确的信息。

关键词：智能电网 在线监测 保障供电

随着人们生活水平提高，配电网容量不断增大，系统对电力设备运行可靠性要求越来越高，这给电力设备检测与诊断技术提出了更高要求。国家电网提出电力能源领域发展技术宗旨是\"提高供电可靠性、建设智能电网，建立设备和电网故障诊断监测系统、改进输电在线监测技术、城市供电技术\"。

1、中低压真空断路器简介

真空断路器因其灭弧介质和灭弧后触头间隙绝缘介质都是高真空而得名;由于近年来真空工艺、材料技术水平等发展迅速，目前真空断路器已广泛应用于10kV配电系统中，在中低压市场中已占据主流地位。

真空断路器在线监测是指了解掌握真空断路器运行状态，包括采用各种检测、测量、监视、分析判别方法，结合系统历史现状，考虑环境因素，对断路器运行状态进行评估，并对断路器故障分析、性能评估、合理使用安全工作提供信息和准备基础数据。

2、中低压真空断路器在线监测步骤

真空断路器在线监测的步骤主要分为以下三步:

2.1 信号采集

真空断路器在运行过程中必然会有力、热、振动和能量等各种量变化，由此会产生各种不同信息。根据不同诊断需要，选择能表征断路器工作状态不同信号。

2.2 信号处理

这是将采集到信号进行分类处理、加工，获得能表征断路器特征各量过程，也称特征量提取过程。

2.3 状态识别

将经过信号处理后获得真空断路器特征参数与规定允许参数进行比较、对比确定其所处状态及是否存在故障。

3、真空断路器灭弧室真空度在线监测

3.1随着真空断路器在中低压领域越来越普遍应用，由于灭弧室漏气、真空度不足引起开断与关合事故时有发生。真空断路器核心是真空灭弧室，其真空度下降主要原因:

3.1.1 灭弧室密封材料质量不够高，或密封部位存在漏气隐患，设备运行后受设备老化、震动等因素影响，造成密封材料微观漏孔，密封部位漏气;

3.1.2 断路器开断故障或负荷电流时，电弧放电过程中，触头材料中释放出一些残存微量气体使灭弧室内部气体压力上升。运行中真空灭弧室的真空度实际是一个动态条件，分断电流时动态真空度可能远高于上述压强值，达到一两个数量级。当灭弧室接近临界压力状态时，发生短路故障就可能出现开断失败。所以需要对灭弧室真空度进行在线监测。

3.2真空度在线监测

为提高配电系统供电质量，人们提出了对于高压断路器真空灭弧室真空度在线监测。这意味着要在不改动断路器主体结构以及在带电前提下，无论断路器处关合或分断状态，都可随时监测其真空度变化。要求如下：

3.2.1测试元件应能承受高电压，强电场，断路器操作冲击与振动以及工作时有温升条件下环境温度;

3.2.2 测试元件接入应不影响断路器各项性能指标，如绝缘水平，机械寿命等;

3.2.3 在带电条件下，无论触头在分断状态还是关合状态均能测量，能够耐受操作过电压行波电磁场以及电磁操动机构动作时强磁场干扰;

3.2.4 价格适宜，体积小寿命长。

3.3真空度在线监测具体方法

真空度在线检测就是要在不改动开关主体结构、不影响开关运行状态前提下，通过对真空压强变化物理量进行实时检测分析处理。

现在国内外常用真空度在线监测方法主要有屏蔽罩电位法、微型冷阴极磁控计法、自闭力法、放电声发射检测法、局部放电法等。

3.4电光变换法在线监测真空度

本文主要研究采用电光变换法在线监测真空度，电光变换法具有较高灵敏度，测试时不改变断路器主体结构，不影响断路器各项性能，安全可靠，测试系统可承受高电压、强电场以及断路器操作冲击与振动，现进行详细分析。

电光变换法原理是基于电光效应，即利用某些光学元件如泡克尔斯(PockelS)在电场中能改变光学性能原理，把与真空度对应电场变化转换成光通量变化，再经光纤传到低电场区或控制系统中进行检测。

利用电光技术在线检测真空灭弧室真空度。当灭弧室内真空度正常时，仅需几百伏电压就可维持带电触头与中间屏蔽罩之间由场致发射引起电子电流。屏蔽罩积累负电荷使其负电位几乎达到电极电压峰值。当灭弧室内真空度劣化时，灭弧室内气体密度变大，场致发射电子被气体分子吸附后成为负离子。由于负离子质量大，漂移速度慢，使得上述电子电流减小，屏蔽罩绝对值电位降低。

当灭弧室内真空度劣化为大气压力时，场致发射电子全部被气体分子吸附为负离子。由于离子在电场下漂移形成的阻性电流很小，与容性电流相比可以忽略不计，故大气条件下，屏蔽罩电位由Cl(导电杆与屏蔽罩之间分布电容)和C2(屏蔽罩与机壳之间分布电容)的分压决定。因此，通过屏蔽罩电位变化过程可推知灭弧室内真空度劣化过程。

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