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DQZHAN訊：如何監測真空斷路器真空度？

近幾年，10kV真空斷路器因其較高的運行可靠性，在供電公司電網改造中得到廣泛應用。

斷路器

真空斷路器滅弧室（真空泡）的真空度是決定其電氣性能的主要因素之一。真空泡內真空度降低，不僅降低了真空斷路器長期耐受系統電壓的能力和在運行過程中耐受內、外過電壓的能力，而且極難有效斷開故障電流。

隨著使用年限的增加，真空斷路器真空度會逐步下降。盡管執行了定期檢修制度，但在運行過程中對真空度無法檢測，只能通過破壞性高壓試驗驗證。事實上，真空斷路器復雜的密封結構也不允許用戶進行常規手段進行檢測。因此需要對運行中的真空斷路器的真空度進行在線監測。

目前對真空斷路器真空度在線監測方法主要有：電光變換法、耦合電容法、超聲波檢測法、脈沖電流檢測法、通過分壓電容檢測屏蔽罩放電電流法、通過非接觸式微波傳感器檢測法等。充分考慮經濟性、附加裝置運行穩定性、是否具有推廣價值，選擇非接觸式微波傳感器檢測法，把真空度變化送到運行值班后臺機，并對真空泡出現的異常情況每天進行24小時遠程監控。

檢測原理

當真空泡真空度正常時，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發射的電子流，屏蔽罩積累的電荷使屏蔽罩上的電位較高，*高可接近電源電壓的峰值，且比較穩定；真空斷路器的金屬導桿和觸頭與屏蔽罩之間相當于一個電容器，真空斷路器的屏蔽罩對地也相當于一個電容器。

當真空度降低時，滅弧室內的氣體密度變大，內部氣體壓力的升高將導致氣體分子、金屬粒子、各種粒子增多，從而引起絕緣特性下降，預擊穿電壓降低，發生預擊穿的幾率增多，產生預放電，導致屏蔽罩電位下降，并使真空斷路器周邊電場強度發生變化。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，其變化曲線類似于低通濾波器。因此利用這一曲線，通過外加特定的微波型號穿透真空斷路器，收集反饋信號的變化，可以較好地判斷內部氣體壓力的變化趨勢。

當內部氣體壓力進一步升高時，金屬導桿和觸頭主要通過導電氣體對屏蔽罩充放電，由于屏蔽罩對地的電容很小，少量的電荷堆積即可大幅度減小觸頭附近的電場強度。因此難以形成穩定的導電性通道。而可能在觸頭的邊緣形成電暈，此刻通過外加特定的微波穿透信號，該電暈使得屏蔽罩上的反饋信號周期性出現，檢測這個特定的反饋信號的存在，就可以反映內部氣體壓力的變化。

實踐過程

由安裝在真空斷路器現場的天線傳感器檢測到屏蔽罩周圍的反饋信號電場的變化，通過信號輸送通道和相應的濾波，放大以及轉換器件將相關數據送達中央程序處理器（CPU）進行判斷處理。

由于真空斷路器中的反饋信號和周邊的電場與真空斷路器現場的干擾噪聲信號處于同一數量級的電場環境之中，因此必須從硬件和軟件上采取抗干擾措施，保證系統有很強的抗干擾性能，使系統獲得有效可靠的故障真實信號。為此，天線傳感器發射、采集元件必須盡可能安放在屏蔽罩的附近，在硬件的各個環節上必須采用屏蔽、隔離、濾波、放大，選擇合適的頻帶等措施避開干擾噪聲的頻譜。如圖1所示。

每個開關點的真空采集集中器信號線連接到PLC的DI輸入點。通訊線路采用串口485的西門子PLC200，通過網絡傳輸數據到后臺Nport串口服務器。PLC串口連接到Nport的串口1上，Nport的網絡口與交換機相連進入局域網，與后臺主機進行通訊傳輸數據。

后臺主機安裝windowsserver2008操作系統和microsoftSQLserver數據庫，以及數據庫服務、數據采集、數據組態等程序。現場PLC檢測點動作組態界面能夠及時刷新顯示，正確顯示各個開關的狀態，同時存入歷史數據庫。主機系統中安裝Tomcat部署WEB發布程序，局域網中其他電腦通過瀏覽器可以瀏覽主機界面及數據。如圖2所示。

運行效果

電力系統的高壓開關柜中包括了磁場、電場、電弧干擾及電火花干擾。在硬件上，要設計合適頻譜范圍的帶通濾波回路濾除噪聲干擾，在軟件上也必須采取相應的抗干擾措施。

運行中斷路器發生真空泄露過程通常較緩慢，其反饋產生的特殊信號與其他干擾信號相比，次數頻繁、持續時間長，在軟件上，以模糊數學理論和小波變換理論為基礎，結合以下兩點特征來判斷是否為真正的真空泄露時的特殊反饋信號。

其一，判斷是否在外加信號的一個時間周期產生的反饋信號。根據隨機抽樣理論，設備自身隨機控制產生外加信號的時間點和頻譜脈寬，使反饋信號變成隨時檢測又可以控制抽取的判斷依據，完全排除了現場干擾可能導致的信號重疊。

其二，此特定頻譜上的反饋信號是否可以在一定時限內不間斷出現。通過基于此的硬件和軟件上的結合處理，從硬件上采用精密電阻、NPO級電容，及高帶寬、高速的運算放大器，構成隔離、帶通濾波、放大回路，有效濾除各種雜波；采用極小功率的微波發射芯片，實現高可靠的微波信號發射；采用高速24位AD實現高分辨率采樣；采用高速大規模浮點DSP芯片保證運算的快速性和穩定性。經過將近一年的運行，真空斷路器在線監測裝置實現了在復雜環境下的正確判斷。