基于耦合电容法的真空断路器真空度在线监测

2015-03-14范江涛

机电信息 2015年12期

范江涛

（唐山供电公司，河北唐山063000）

0 引言

真空断路器在中低压配电线路中广泛用于控制和保护输电线路以及用电设备，其运行时主要是利用真空作为触头间的主绝缘介质，起到绝缘拉弧的作用。作为断路器的可靠性指标，除了电性能外用户最为关心的就是其真空度，依照标准真空断路器出厂压力应小于1.33×10－2Pa，当压力超过1.33×10－1Pa时灭弧室的绝缘性能就处于临界状态，可能导致灭弧失败。因此，十分有必要实时有效地监控真空断路器的真空度。目前，断路器真空度监测方法主要分为两大类：离线检测和在线监测。本文采用耦合电容法来测量断路器真空度，并给出了相应的实例分析，该方法具有不断电实现在线监测的优点，符合未来电力系统运行的需求。

1 耦合电容法原理

耦合电容法实现了电气设备由计划检修到状态检修的转变，它根据动态电荷分布和电容分压原理，当灭弧室内真空度正常时，仅需较低的电压（几百伏）就可以维持带电触头与中间屏蔽罩之间由场致发射引起的电子电流。在屏蔽罩上积累的负电荷使其负电位U逼近电极电压的峰值。当真空度劣化时，灭弧室内的气体密度变大，场致发射的电子被气体分子吸附后成为负离子，负离子漂移速度远小于电子，导致上述电流变小，屏蔽罩电位下降。该方法测试原理如图1所示。其中，C1为带电触头和屏蔽罩之间的电容，C2为探测电极与屏蔽罩之间的电容，C3为耦合电容。当真空度劣化时，屏蔽罩电位绝对值降低，此过程引起电容C2和C3上的电荷重新分布，通过检测信号输出端U0的变化即可跟踪屏蔽罩电位U0的变化过程，从而实现真空度的在线监测。

图1 耦合电容法原理示意图

2 实验设备及方法

2.1 实验设备

实验设备如图2所示，包括三相真空灭弧室试品1台、三相实验变压器1台、真空泵1台、真空度在线监测传感器及控制器1套、真空计1台、计算机1台、摄像头1个。

图2 实验设备示意图

2.2 实验方法

实验开始时，利用真空泵给试品B相抽真空，而后缓慢放气，其他两相灭弧室为真空状态作对照。利用三相实验变压器给试品加压，并考虑实际系统电压的波动范围。利用后台软件对采集的实验数据进行分析，并利用屏幕录制软件记录整个实验过程信息，方便事后数据整理和分析。真空传感器探头与灭弧室外壁距离可调。记录真空传感器探头与真空灭弧室距离分别为30mm、35mm、40mm、45mm、50mm，线电压分别为3.0kV、3.5kV、4.0kV、4.5kV、5.0kV、5.5kV、6.0kV 时的实验数据和波形。

3 实验结果及分析

整理真空传感器探头与真空灭弧室不同距离时不同线电压下的实验数据，可以得到基波值和真空传感器探头与真空灭弧室距离以及线电压值的关系。图3所示为传感器与灭弧室距离分别为30mm、35mm、40mm、45mm、50mm 时基波值与电压等级的关系。可以看出，在灭弧室真空度相同的情况下：真空度监测传感器与灭弧室外壁的距离相等时，基波值随线电压的升高而增大；同一线电压下，基波值随真空度监测传感器与灭弧室外壁距离的增大而减小。

4 结语

由上可知，当真空灭弧室真空度相同，且真空度监测传感器与灭弧室外壁距离相等时，基波值随线电压的升高而增大；当真空灭弧室真空度相同，且所施加的实验线电压一定时，基波值随真空度监测传感器与灭弧室外壁距离的增大而减小。当A、C相灭弧室为真空状态，B相灭弧室真空度值小于1Pa时，即使B相真空度降低，A、B、C三相的基波值也基本不变。