開發(fā)了真空開關(guān)真空度在線監(jiān)測系統(tǒng)，基于屏蔽罩的電勢和屏蔽罩外的電場強(qiáng)度關(guān)系，采用自制電場傳感器測量在屏蔽罩外側(cè)的場強(qiáng)，并通過LabVIEW 來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理和信號處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該監(jiān)測系統(tǒng)能有效地監(jiān)測到真空開關(guān)真空度衰減的情況。

引言

　　真空開關(guān)滅弧室的真空度是真空開關(guān)管的重要性能參數(shù)，真空度的高低直接關(guān)系到真空開關(guān)管的儲存壽命，影響真空開關(guān)使用期間的耐壓水平和分?jǐn)嗄芰�。目前，隨著真空開關(guān)在中低壓領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，滅弧室里的真空度在線監(jiān)測已經(jīng)成為工程領(lǐng)域的一個(gè)熱門課題。目前，用于真空度在線檢測的間接方法主要有電光變換法、耦合電容法等。現(xiàn)在有一些真空在線監(jiān)測設(shè)施已投入測試運(yùn)行，但由于惡劣的電磁環(huán)境和昂貴的傳感器成本，且監(jiān)測設(shè)備測量的靈敏度、精確度和可信度很難滿足現(xiàn)場實(shí)際要求。

　　為解決真空度在線監(jiān)測系統(tǒng)中存在的問題，基于屏蔽罩電勢和真空開關(guān)真空度之間的關(guān)系，本課題組已經(jīng)研制整體絕緣的電場傳感器，該傳感器是由光電材料組成，它能承受40 kV 的高壓并且具有高靈敏度和抗干擾能力，將其放入屏蔽罩和接地網(wǎng)之間的電場中檢測屏蔽罩電勢的變化，然后判斷真空度的變化趨勢。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.healwit.com.cn/)認(rèn)為所研究的監(jiān)測系統(tǒng)充分考慮了電磁干擾，在硬件與軟件方面采取了有效的抗干擾措施，如光電信息傳輸與多標(biāo)準(zhǔn)信息處理，這些措施能確保監(jiān)測系統(tǒng)可靠地運(yùn)行，而且該監(jiān)測系統(tǒng)能同時(shí)在線監(jiān)測多個(gè)真空開關(guān)柜，由于結(jié)構(gòu)簡單和成本適中，十分易于推廣。

1、檢測原理

　　真空斷路器在運(yùn)行一段時(shí)間后，會發(fā)生不同程度的真空度降低現(xiàn)象，真空度降低原因有:

　　(1) 開關(guān)本體結(jié)構(gòu)上的缺陷造成微量漏氣，這種漏氣平時(shí)檢測不到，只有經(jīng)過較長時(shí)間的積累，降低到一定程度才能被檢測到。

　　(2) 滅弧室的制造材料含有一定的氣體雜質(zhì)，經(jīng)長期運(yùn)行慢慢析出，造成滅弧室氣壓上升。

　　(3) 在開關(guān)操作運(yùn)行過程中，由于外力造成滅弧室損壞，從而引起真空開關(guān)真空度降低。

　　滅弧室內(nèi)的真空度正常時(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致發(fā)射引起的電子電流。屏蔽罩積累的負(fù)電荷使其負(fù)電位幾乎達(dá)到電極電壓峰值;滅弧室內(nèi)真空度劣化時(shí)，滅弧室內(nèi)的氣體密度變大，場致發(fā)射的電子被氣體分子吸附后成為負(fù)離子。由于負(fù)離子質(zhì)量大，漂移速度慢，使上述電子電流減小，屏蔽罩絕對值電勢降低;滅弧室內(nèi)真空度劣化為大氣壓時(shí)，場致發(fā)射電子全部被氣體分子吸附為負(fù)離子。由于離子在電場下漂移形成的阻性電流很小，與容性電流相比可以忽略不計(jì)，故大氣條件下，屏蔽罩電勢由導(dǎo)電桿與屏蔽罩之間的分布電容和屏蔽罩與機(jī)殼之間的分布電容的分壓決定。通過屏蔽罩電勢的變化過程即可推知滅弧室內(nèi)真空度的劣化過程。

　　由于屏蔽罩內(nèi)電勢的改變將引起屏蔽罩附近的電場的改變，故在屏蔽罩外側(cè)( 附近) 的電磁場里放置傳感器，通過測量屏蔽罩附近的電磁場強(qiáng)度，檢測屏蔽罩的電勢變化，即能實(shí)現(xiàn)真空度衰減情況的在線監(jiān)測。

　　圖1 為檢測屏蔽罩電勢的示意圖。在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了自制傳感器的輸出電壓與真空滅弧室的真空度之間關(guān)系的試驗(yàn)，試驗(yàn)的結(jié)果如圖2 所示。當(dāng)滅弧室中的氣壓上升到0.1 Pa( 意味著真空度下降)時(shí)，傳感器輸出電壓開始明顯下降，采用電場傳感器能有效的監(jiān)測到真空度的衰減過程。

圖1 檢測屏蔽罩電勢的示意圖

圖2 傳感器輸出電壓與真空度之間的關(guān)系

2、在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.1、監(jiān)測系統(tǒng)的基本組成

　　在線監(jiān)測系統(tǒng)是由傳感器、工業(yè)計(jì)算機(jī)、多通道高速數(shù)據(jù)采集卡和多通道光纖通信設(shè)備還有信號傳遞控制板組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3 所示。

圖3 在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能圖

2.2、傳感器原理

　　結(jié)合電場檢測功能為一體的傳感器由電子器件和光電子元件組成，是完全電絕緣的，主要包括基于靜電感應(yīng)原理的電場感應(yīng)部分、專用放大電路、光電信號轉(zhuǎn)換部分、能量發(fā)射器和升壓電路。傳感器電場感應(yīng)部分的原動力是來自光電池和信號通過電絕緣的光電導(dǎo)管傳遞而形成的能量( 見圖4)。

圖4 傳感器電路結(jié)構(gòu)圖