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如何监测真空断路器真空度?  

2016-09-18 14:36:05|  分类: 生产工艺 |  标签: |举报 |字号 订阅

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近几年,10kV真空断路器因其较高的运行可靠性,在供电公司电网改造中得到广泛应用。

断路器

  真空断路器灭弧室(真空泡)的真空度是决定其电气性能的主要因素之一。真空泡内真空度降低,不仅降低了真空断路器长期耐受系统电压的能力和在运行过程中耐受内、外过电压的能力,而且极难有效断开故障电流。

  随着使用年限的增加,真空断路器真空度会逐步下降。尽管执行了定期检修制度,但在运行过程中对真空度无法检测,只能通过破坏性高压试验验证。事实上,真空断路器复杂的密封结构也不允许用户进行常规手段进行检测。因此需要对运行中的真空断路器的真空度进行在线监测。

  目前对真空断路器真空度在线监测方法主要有:电光变换法、耦合电容法、超声波检测法、脉冲电流检测法、通过分压电容检测屏蔽罩放电电流法、通过非接触式微波传感器检测法等。充分考虑经济性、附加装置运行稳定性、是否具有推广价值,选择非接触式微波传感器检测法,把真空度变化送到运行值班后台机,并对真空泡出现的异常情况每天进行24小时远程监控。

  检测原理

  当真空泡真空度正常时,仅需几百伏的电压就可维持带电触头与中间屏蔽罩之间由场发射的电子流,屏蔽罩积累的电荷使屏蔽罩上的电位较高,最高可接近电源电压的峰值,且比较稳定;真空断路器的金属导杆和触头与屏蔽罩之间相当于一个电容器,真空断路器的屏蔽罩对地也相当于一个电容器。

  当真空度降低时,灭弧室内的气体密度变大,内部气体压力的升高将导致气体分子、金属粒子、各种粒子增多,从而引起绝缘特性下降,预击穿电压降低,发生预击穿的几率增多,产生预放电,导致屏蔽罩电位下降,并使真空断路器周边电场强度发生变化。在内部气体压力开始变化时这种变化不是很明显,但到一定值时电场变化变得十分明显,然后又趋于缓和,其变化曲线类似于低通滤波器。因此利用这一曲线,通过外加特定的微波型号穿透真空断路器,收集反馈信号的变化,可以较好地判断内部气体压力的变化趋势。

  当内部气体压力进一步升高时,金属导杆和触头主要通过导电气体对屏蔽罩充放电,由于屏蔽罩对地的电容很小,少量的电荷堆积即可大幅度减小触头附近的电场强度。因此难以形成稳定的导电性通道。而可能在触头的边缘形成电晕,此刻通过外加特定的微波穿透信号,该电晕使得屏蔽罩上的反馈信号周期性出现,检测这个特定的反馈信号的存在,就可以反映内部气体压力的变化。

  实践过程

  由安装在真空断路器现场的天线传感器检测到屏蔽罩周围的反馈信号电场的变化,通过信号输送通道和相应的滤波,放大以及转换器件将相关数据送达中央程序处理器(CPU)进行判断处理。

  由于真空断路器中的反馈信号和周边的电场与真空断路器现场的干扰噪声信号处于同一数量级的电场环境之中,因此必须从硬件和软件上采取抗干扰措施,保证系统有很强的抗干扰性能,使系统获得有效可靠的故障真实信号。为此,天线传感器发射、采集元件必须尽可能安放在屏蔽罩的附近,在硬件的各个环节上必须采用屏蔽、隔离、滤波、放大,选择合适的频带等措施避开干扰噪声的频谱。如图1所示。


  每个开关点的真空采集集中器信号线连接到PLC的DI输入点。通讯线路采用串口485的西门子PLC200,通过网络传输数据到后台Nport串口服务器。PLC串口连接到Nport的串口1上,Nport的网络口与交换机相连进入局域网,与后台主机进行通讯传输数据。

  后台主机安装windowsserver2008操作系统和microsoftSQLserver数据库,以及数据库服务、数据采集、数据组态等程序。现场 PLC检测点动作组态界面能够及时刷新显示,正确显示各个开关的状态,同时存入历史数据库。主机系统中安装Tomcat部署WEB发布程序,局域网中其他电脑通过浏览器可以浏览主机界面及数据。如图2所示。

  运行效果

  电力系统的高压开关柜中包括了磁场、电场、电弧干扰及电火花干扰。在硬件上,要设计合适频谱范围的带通滤波回路滤除噪声干扰,在软件上也必须采取相应的抗干扰措施。

  运行中断路器发生真空泄露过程通常较缓慢,其反馈产生的特殊信号与其他干扰信号相比,次数频繁、持续时间长,在软件上,以模糊数学理论和小波变换理论为基础,结合以下两点特征来判断是否为真正的真空泄露时的特殊反馈信号。

  其一,判断是否在外加信号的一个时间周期产生的反馈信号。根据随机抽样理论,设备自身随机控制产生外加信号的时间点和频谱脉宽,使反馈信号变成随时检测又可以控制抽取的判断依据,完全排除了现场干扰可能导致的信号重叠。

  其二,此特定频谱上的反馈信号是否可以在一定时限内不间断出现。通过基于此的硬件和软件上的结合处理,从硬件上采用精密电阻、NPO级电容,及高带宽、高速的运算放大器,构成隔离、带通滤波、放大回路,有效滤除各种杂波;采用极小功率的微波发射芯片,实现高可靠的微波信号发射;采用高速24位AD实现高分辨率采样;采用高速大规模浮点DSP芯片保证运算的快速性和稳定性。经过将近一年的运行,真空断路器在线监测装置实现了在复杂环境下的正确判断。

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