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真空斷路器是近十幾年來廣泛應(yīng)用于我國10～35kV 配電系統(tǒng)的一種電力開關(guān)，真空滅弧室內(nèi)的慢性漏氣是造成斷路器絕緣下降的主要原因，開展真空斷路器真空度在線監(jiān)測(cè)具有重要意義。對(duì)放電高頻脈沖檢測(cè)原理的裝置進(jìn)行了分析，并在重慶電力公司江津供電局工程中進(jìn)行了應(yīng)用。
真空斷路器的常見故障包括機(jī)械故障和電氣故障，而真空滅弧室的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。國內(nèi)研究者在如何監(jiān)測(cè)滅弧室的真空度方面作了大量的工作，提出了各種理論上的在線檢測(cè)方法。但在實(shí)際應(yīng)用和推廣上尚未取得很好的成效，主要是產(chǎn)品的實(shí)用性、準(zhǔn)確性、成本等方面受到了一定限制。雖然現(xiàn)代生產(chǎn)工藝能保證真空滅弧室達(dá)到15d 左右的壽命，但由于受運(yùn)輸、使用、保管以及部分真空滅弧室生產(chǎn)材質(zhì)中可能摻雜有雜質(zhì)等方面的影響，會(huì)造成真空滅弧室的損壞和真空度的降低。因此，如何有效地在線監(jiān)測(cè)運(yùn)行中的真空斷路器真空度的變化一直是行業(yè)內(nèi)研究的課題。
1、真空度在線監(jiān)測(cè)機(jī)理與監(jiān)測(cè)方法
目前，在線監(jiān)測(cè)真空度主要有以下幾種方法：一種是改變真空斷路器結(jié)構(gòu)，其真空滅弧室采用內(nèi)置雙波紋管的特殊設(shè)計(jì)；另一種是不改變真空斷路器主體結(jié)構(gòu)。
當(dāng)真空滅弧室內(nèi)真空度下降時(shí)，其氣體密度變大，絕緣特性下降，將導(dǎo)致屏蔽罩電位降低，引起屏蔽罩附近電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化。同時(shí)金屬導(dǎo)桿和觸頭及屏蔽罩之間出現(xiàn)微弱的放電，在內(nèi)部氣體壓力進(jìn)一步下降時(shí)，則會(huì)在系統(tǒng)高壓的影響下在觸頭的邊緣產(chǎn)生較強(qiáng)的電暈，并使金屬導(dǎo)桿和觸頭及屏蔽罩之間產(chǎn)生明顯的輝光放電現(xiàn)象。因此，在上述真空度下降時(shí)引起的各種電氣和物理上的變化下衍生出各種檢測(cè)方法，如檢測(cè)屏蔽罩的電平變化法、檢測(cè)周邊電場(chǎng)變化的耦合電容法、電光變換法、利用電極和屏蔽罩放電時(shí)聲發(fā)射的電聲發(fā)射法及本文討論的依據(jù)放電時(shí)屏蔽罩及觸頭附近放電電暈產(chǎn)生的放電高頻脈沖法。
以上幾種檢測(cè)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，相對(duì)而言，不改變斷路器的主體結(jié)構(gòu)的檢測(cè)方法更適用于用戶的需求。基于放電現(xiàn)象檢測(cè)方法檢測(cè)的是真空度下降到一定程度時(shí)出現(xiàn)的放電高頻脈沖信號(hào)，不受安裝具體位置、滅弧室尺寸、系統(tǒng)電壓對(duì)屏蔽罩電平和附近電場(chǎng)強(qiáng)度的影響，不改變已運(yùn)行的斷路器安裝方式，安裝時(shí)無須調(diào)試，在工程應(yīng)用中有很強(qiáng)的實(shí)用性。
2、基于放電高頻脈沖檢測(cè)原理及應(yīng)用
2.1、放電點(diǎn)電壓值和放電發(fā)生的因素
由于滅弧室內(nèi)真空度下降時(shí)會(huì)形成放電電暈，并破壞電極間氣體的絕緣，因此會(huì)影響真空斷路器斷路部分的性能， 對(duì)真空斷路器在運(yùn)行中能否成功分合具有決定性的作用。
1889 年帕邢(Louis C.H.F.Paschen，德國實(shí)驗(yàn)物理學(xué)者，波恩大學(xué)·蒂賓根大學(xué)教授，在光譜學(xué)上進(jìn)行了重要的研究) 首次在實(shí)驗(yàn)中明確了均勻電場(chǎng)中的氣體的放電電壓和放電間隙的關(guān)系：“某氣體在均勻電場(chǎng)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)”。用公式表示為Vs=f(pd) ，即某氣體在均勻電場(chǎng)中的放電電壓，通過改變壓力、間隙距離來求取，
在相對(duì)較低的壓力范圍內(nèi)，滅弧室內(nèi)保持著較高的真空度，封入的氣體具有很好的絕緣性，斷路器的開斷性能也處于良好狀態(tài)，從而檢測(cè)不出真空度的泄漏。而在大氣壓及其以上高氣壓范圍內(nèi)，放電現(xiàn)象也不會(huì)發(fā)生。通常情況下，運(yùn)行中的真空斷路器發(fā)生真空泄漏都是通過及其細(xì)小的針孔泄露出來，速度非常緩慢。滅弧室的內(nèi)部壓力在達(dá)到不放電的壓力范圍之前，要經(jīng)歷幾個(gè)小時(shí)到幾個(gè)月不等的緩慢泄漏過程。無論真空斷路器的真空度泄漏快慢與否，在真空泄漏初期就能持續(xù)檢測(cè)到泄漏時(shí)的放電信號(hào)就顯得非常重要。
2.2、真空斷路器電壓等級(jí)及觸頭開距和開始放電氣體壓力的關(guān)系
真空滅弧室適用的電壓等級(jí)不同，一般觸頭間隙距離也就不相同。用帕邢法則對(duì)用于電壓72kV的真空斷路器和用于電壓12kV 的真空斷路器進(jìn)行比較，
試驗(yàn)表明，用于電壓12kV 的小型真空斷路器，當(dāng)氣體壓力約為5～10Pa 時(shí)就能產(chǎn)生十分明顯的可識(shí)別放電高頻脈沖信號(hào)。
比較不同電壓等級(jí)的真空斷路器，滅弧室在真空度下降到10-1～5Pa 時(shí)，屏蔽罩電平開始出現(xiàn)變化，金屬導(dǎo)桿和觸頭及屏蔽罩之間出現(xiàn)微弱的放電，開始產(chǎn)生預(yù)放電，并朝電暈及輝光放電現(xiàn)象過渡，同時(shí)向空間輻射高頻電磁波信號(hào)，而使用放置在屏蔽罩附近的天線傳感器元件即能捕捉到斷路器周邊的電場(chǎng)的變化及感應(yīng)到高頻脈沖信號(hào)。
2.3、工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
許繼日立公司與日本AE-POWER 公司采用以上放電高頻脈沖原理，開發(fā)了一套用于檢測(cè)放電高頻脈沖的真空斷路器監(jiān)視裝置， 在預(yù)放電初始階段開始捕捉此放電信號(hào)， 能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)視真空斷路器真空度的狀態(tài)。并在重慶電力公司江津供電局項(xiàng)目中投入運(yùn)行，目前效果良好。
真空斷路器在線監(jiān)測(cè)裝置安裝在開關(guān)柜二次室內(nèi)，裝置采用自適應(yīng)式電源模塊，可選用交流與直流工作電源;裝置信號(hào)出口提供了一付無源節(jié)點(diǎn)，可直接啟動(dòng)告警裝置或者上送測(cè)控裝置將信號(hào)傳送到后臺(tái)主機(jī);天線傳感器安裝在真空斷路器內(nèi)，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，天線傳感器的安裝不影響真空斷路器的絕緣性能。
3、結(jié)語
在電力系統(tǒng)中開展真空斷路器真空度在線監(jiān)測(cè)，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。
