國內真空斷路器真空度在線監測的應用現狀

張舉海 李文生

（1.中煤國際工程集團重慶設計研究院，重慶 400016；2.四川省電力設計院，成都 610000）

1 引言

真空斷路器的常見故障包括機械故障和電氣故障。電氣故障中的真空滅弧室真空度下降是真空斷路器運行中威脅電網安全的一個主要因素。為了保障真空滅弧室的可靠運行，國內外科研人員做了多方面的工作，但是作為一個機械性的機構，在滅弧室慢性漏氣方面仍然沒有得到根本性的解決。

電力企業均按電氣設備預防性試驗要求，進行定期停電進行檢測和檢修，對真空滅弧室的真空度進行測量。但由于預防性試驗周期時間間隔較長，在檢修間隔時發生的真空下降是不易被發現的；且檢修時需要斷路器退出運行，其檢測條件與運行狀態相差較大，難以對運行時的真空度狀態做出正確判斷。因此，在斷路器運行時監測滅弧室的真空狀態，是保障真空斷路器安全運行的可靠措施。

國內外許多專家學者提出了多種斷路器真空度在線的理論，但能形成產品并應用于工程大量推廣使用的卻很少有。四川英特萊電氣公司研發出了VM 型真空斷路器在線監測裝置，通過了相關試驗驗證，成功應用在電網、石化、冶金、鐵路、煤礦等領域。

2 真空滅弧室在線監測的方法

2.1 利用磁控放電方法（離線檢測）

磁控放電法測試真空滅弧室的真空度是目前被公認的準確度較高的一種離線檢測方法，但該方法需要真空斷路器處于分閘狀態，并需在滅弧室上施加同步的磁場與高壓電場脈沖，試驗方法較為復雜，故無法將其用于真空滅弧室真空度的在線檢測。

2.2 滅弧室靜觸頭端安裝真空傳感器法

真空滅弧室在制造過程中，在靜觸頭端安裝了真空傳感器，利用真空傳感器來測量真空滅弧室內的真空度。但是這套在線監測系統必須使用特殊的、安裝有真空傳感器的真空滅弧室，因此必須是掌握了此項技術的真空滅弧室制造廠家才可能實現此功能。且其成本較高，在實際中使用較少，對于已經使用了真空開關的用戶更是不可能實現。

2.3 局部放電法、耦合電容法、光電變換法

局部放電法監測方式為接收高頻脈沖信號，通過對高頻脈沖信號的處理來判別真空狀態。耦合電容法是通過對比屏蔽罩電平與基準電平的變化來判別真空狀態。光電變換法是通過檢測光傳感器在不同電場中光學性能的變化來判別真空狀態的，因為接收的是高頻信號，所以不受安裝位置、滅弧室尺寸、系統電壓等的影響。

耦合電容法因為要對屏蔽罩電平與基準電平進行比較，它的傳感器在不同的位置時，其感應到的屏蔽罩電平不同，而且在系統電壓和滅弧室尺寸變化時，傳感器感應的屏蔽罩電平也不同，所以它受安裝位置、滅弧室尺寸、系統電壓的影響較大，在工程應用中難以應用。

光電變換法采用光纖傳輸信號，其抗干擾性較好。但是因為光傳感器感應的電場變化與傳感器的安裝位置、系統電壓的影響，使它具有與耦合電容法一樣的缺點，而且它使用了光電、電光轉換元件，所以造價較高。

2.4 VM型斷路器真空度在線監測裝置原理

基于局部放電法與帕邢法則的工作原理如下所述。

放電電壓的相似法則是在 1889年由德國實驗物理學家帕邢首次在實驗中明確的法則，它的定義是“氣體在均勻電場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”，即某氣體在均勻電場中的放電電壓，可通過改變壓力、間隙距離來求取得，用公式表示即為Vs=f(pd)。

在內部氣體壓力開始變化時這種變化不是很明顯，但到一定值時電場變化變得十分明顯， 然后又趨于緩和。 因此利用這一曲線可以較好地通過放電壓力判斷內部氣體壓力的變化趨勢，進而完成對真空狀態的監測功能。

電壓等級與氣體壓力有關，即電壓等級越高，初始放電的氣體壓力越小。12kV的真空斷路器在氣體壓力約為5～10Pa，能產生明顯的可識別放電信號。

電力系統的運行環境是一種異常復雜的電磁環境，尤其是在高壓系統開關柜中表現得更為嚴酷，它包括了磁場，電場，電弧干擾及電火花干擾。硬件上采取屏蔽、隔離及合適頻帶等措施避開干擾。經試驗研究表明，放電造成的高頻脈沖主要集中在一段頻帶范圍內。通過高通濾波和低通濾波的組合，可提取5～70kHz之間的信號。

真空泄漏是一個持續的過程。真空泄漏時的放電信號和其他干擾信號相比具有次數頻繁、持續時間長的特點，在軟件上通過一個周期內至少有一個高頻脈沖和高頻脈沖持續一定延時的方式避開干擾。

VM 型產品包括接收高頻脈沖信號的天線傳感器、傳輸信號的屏蔽電纜、對信號進行判別并輸出告警的裝置組成。當滅弧室真空度正常時，受系統電壓的影響，屏蔽罩積累的電荷使得屏蔽罩上的電位較高，最高可接近系統電壓的峰值，且比較穩定；當真空度降低時，滅弧室內的氣體密度變大，引起絕緣特性下降，導致屏蔽罩電位下降，引起周邊電場強度發生變化；在觸頭邊緣形成電暈，產生高頻脈沖。因為接收的是高頻信號，所以不受安裝位置、滅弧室尺寸、系統電壓等的影響，在工程應用中比較容易實現。

3 安裝成果對該現狀和技術發展的作用

在裝設VM型斷路器真空度在線監測設備后，將對真空斷路器內部真空度進行實時監控，杜絕了由于斷路器真空度下降而導致的設備損壞和停電事故。同時，該型號真空度在線監視設備體積小巧，無需改變真空斷路器的結構，信號接收天線不受安裝位置的影響。

由于是實時在線監測，故可以省去傳統的定期停電檢測真空斷路器真空度試驗，延長設備的維修保養周期，減少維修保養費用，提高設備的利用率。

4 安裝實施

4.1 裝置安裝

真空斷路器在線監測裝置安裝在開關柜二次室內，考慮到不影響開關柜內其他裝置正常工作的因素，裝置電源取用照明回路交流電源。裝置信號出口接在開關柜內空端子上，由遠動人員進行上送后臺的處理與定義。裝置均可靠接地。

4.2 天線傳感器安裝

天線傳感器安裝在真空斷路器附近，借助斷路器自身的安裝孔固定天線傳感器，不需要對真空斷路器進行改動，實現起來比較方便。天線傳感器與真空滅弧室距離在安全距離之外，故天線傳感器的安裝不影響真空斷路器的絕緣性能。

5 結論

在電力系統中開展真空斷路器真空度在線監測，減少了設備的檢修周期和運行維護人員的工作量，保障了電力系統的安全運行。

[1] 李為國,鄧本再,羅日成,蘇盛.真空滅弧室內部氣體壓力的在線診斷系統[J].高壓電器,2004,40(3):213-214,217.

[2] 范興明,鄒積巖,陳昌龍等.基于DSP 的真空斷路器狀態參數在線監測裝置[J].電力系統自動化,2005, 29(8):99-103.

[3] 葉曉東,趙學文.一種真空斷路器真空度在線檢測新方法[J].電力系統自動化,2006,30(11):49-51,60.

[4] 段雄英,趙子玉,鄒積巖.真空滅弧室真空度在線檢測的試驗研究[J].高壓電器,2000,30(4):30-32.

[5] 趙子玉,李兆治,陳霧,等.用旋轉式電場探頭在線檢測滅弧室真空度[J].高電壓技術,2003,29(10):29-31.