DQZHAN訊：如何監(jiān)測(cè)真空斷路器真空度？
近幾年，10kV真空斷路器因其較高的運(yùn)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(zhǎng)期耐受系統(tǒng)電壓的能力和在運(yùn)行過(guò)程中耐受內(nèi)、外過(guò)電壓的能力，而且極難有效斷開(kāi)故障電流。
隨著使用年限的增加，真空斷路器真空度會(huì)逐步下降。盡管執(zhí)行了定期檢修制度，但在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)真空度無(wú)法檢測(cè)，只能通過(guò)破壞性高壓試驗(yàn)驗(yàn)證。事實(shí)上，真空斷路器復(fù)雜的密封結(jié)構(gòu)也不允許用戶(hù)進(jìn)行常規(guī)手段進(jìn)行檢測(cè)。因此需要對(duì)運(yùn)行中的真空斷路器的真空度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。
目前對(duì)真空斷路器真空度在線監(jiān)測(cè)方法主要有：電光變換法、耦合電容法、超聲波檢測(cè)法、脈沖電流檢測(cè)法、通過(guò)分壓電容檢測(cè)屏蔽罩放電電流法、通過(guò)非接觸式微波傳感器檢測(cè)法等。充分考慮經(jīng)濟(jì)性、附加裝置運(yùn)行穩(wěn)定性、是否具有推廣價(jià)值，選擇非接觸式微波傳感器檢測(cè)法，把真空度變化送到運(yùn)行值班后臺(tái)機(jī)，并對(duì)真空泡出現(xiàn)的異常情況每天進(jìn)行24小時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
檢測(cè)原理
當(dāng)真空泡真空度正常時(shí)，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(chǎng)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(gè)電容器，真空斷路器的屏蔽罩對(duì)地也相當(dāng)于一個(gè)電容器。
當(dāng)真空度降低時(shí)，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(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化。在內(nèi)部氣體壓力開(kāi)始變化時(shí)這種變化不是很明顯，但到一定值時(shí)電場(chǎng)變化變得十分明顯，然后又趨于緩和，其變化曲線類(lèi)似于低通濾波器。因此利用這一曲線，通過(guò)外加特定的微波型號(hào)穿透真空斷路器，收集反饋信號(hào)的變化，可以較好地判斷內(nèi)部氣體壓力的變化趨勢(shì)。
當(dāng)內(nèi)部氣體壓力進(jìn)一步升高時(shí)，金屬導(dǎo)桿和觸頭主要通過(guò)導(dǎo)電氣體對(duì)屏蔽罩充放電，由于屏蔽罩對(duì)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(chǎng)強(qiáng)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(guò)外加特定的微波穿透信號(hào)，該電暈使得屏蔽罩上的反饋信號(hào)周期性出現(xiàn)，檢測(cè)這個(gè)特定的反饋信號(hào)的存在，就可以反映內(nèi)部氣體壓力的變化。
實(shí)踐過(guò)程
由安裝在真空斷路器現(xiàn)場(chǎng)的天線傳感器檢測(cè)到屏蔽罩周?chē)姆答佇盘?hào)電場(chǎng)的變化，通過(guò)信號(hào)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(hào)和周邊的電場(chǎng)與真空斷路器現(xiàn)場(chǎng)的干擾噪聲信號(hào)處于同一數(shù)量級(jí)的電場(chǎng)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(qiáng)的抗干擾性能，使系統(tǒng)獲得有效可靠的故障真實(shí)信號(hào)。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(gè)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(kāi)干擾噪聲的頻譜。如圖1所示。
每個(gè)開(kāi)關(guān)點(diǎn)的真空采集集中器信號(hào)線連接到PLC的DI輸入點(diǎn)。通訊線路采用串口485的西門(mén)子PLC200，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)到后臺(tái)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(jī)相連進(jìn)入局域網(wǎng)，與后臺(tái)主機(jī)進(jìn)行通訊傳輸數(shù)據(jù)。
后臺(tái)主機(jī)安裝windowsserver2008操作系統(tǒng)和microsoftSQLserver數(shù)據(jù)庫(kù)，以及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)組態(tài)等程序?，F(xiàn)場(chǎng)PLC檢測(cè)點(diǎn)動(dòng)作組態(tài)界面能夠及時(shí)刷新顯示，正確顯示各個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，同時(shí)存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。主機(jī)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(guò)瀏覽器可以瀏覽主機(jī)界面及數(shù)據(jù)。如圖2所示。
運(yùn)行效果
電力系統(tǒng)的高壓開(kāi)關(guān)柜中包括了磁場(chǎng)、電場(chǎng)、電弧干擾及電火花干擾。在硬件上，要設(shè)計(jì)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(yùn)行中斷路器發(fā)生真空泄露過(guò)程通常較緩慢，其反饋產(chǎn)生的特殊信號(hào)與其他干擾信號(hào)相比，次數(shù)頻繁、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，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(diǎn)特征來(lái)判斷是否為真正的真空泄露時(shí)的特殊反饋信號(hào)。
其一，判斷是否在外加信號(hào)的一個(gè)時(shí)間周期產(chǎn)生的反饋信號(hào)。根據(jù)隨機(jī)抽樣理論，設(shè)備自身隨機(jī)控制產(chǎn)生外加信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)和頻譜脈寬，使反饋信號(hào)變成隨時(shí)檢測(cè)又可以控制抽取的判斷依據(jù)，完全排除了現(xiàn)場(chǎng)干擾可能導(dǎo)致的信號(hào)重疊。
其二，此特定頻譜上的反饋信號(hào)是否可以在一定時(shí)限內(nèi)不間斷出現(xiàn)。通過(guò)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(jí)電容，及高帶寬、高速的運(yùn)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(shí)現(xiàn)高可靠的微波信號(hào)發(fā)射；采用高速24位AD實(shí)現(xiàn)高分辨率采樣；采用高速大規(guī)模浮點(diǎn)DSP芯片保證運(yùn)算的快速性和穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)將近一年的運(yùn)行，真空斷路器在線監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)了在復(fù)雜環(huán)境下的正確判斷。
