張舉海 李文生

（1.中煤國際工程集團重慶設(shè)計研究院，重慶 400016；2.四川省電力設(shè)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(wǎng)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(nèi)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(gòu)，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(yè)均按電氣設(shè)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(fā)生的真空下降是不易被發(fā)現(xiàn)的；且檢修時需要斷路器退出運行，其檢測條件與運行狀態(tài)相差較大，難以對運行時的真空度狀態(tài)做出正確判斷。因此，在斷路器運行時監(jiān)測滅弧室的真空狀態(tài)，是保障真空斷路器安全運行的可靠措施。

國內(nèi)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(chǎn)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(fā)出了VM 型真空斷路器在線監(jiān)測裝置，通過了相關(guān)試驗驗證，成功應用在電網(wǎng)、石化、冶金、鐵路、煤礦等領(lǐng)域。

2 真空滅弧室在線監(jiān)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(tài)，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(nèi)的真空度。但是這套在線監(jiān)測系統(tǒng)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(shù)的真空滅弧室制造廠家才可能實現(xiàn)此功能。且其成本較高，在實際中使用較少，對于已經(jīng)使用了真空開關(guān)的用戶更是不可能實現(xiàn)。

2.3 局部放電法、耦合電容法、光電變換法

局部放電法監(jiān)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(tài)。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(tài)。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(tài)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(zhuǎn)換元件，所以造價較高。

2.4 VM型斷路器真空度在線監(jiān)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(shù)”，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(nèi)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(nèi)部氣體壓力的變化趨勢，進而完成對真空狀態(tài)的監(jiān)測功能。

電壓等級與氣體壓力有關(guān)，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(chǎn)生明顯的可識別放電信號。

電力系統(tǒng)的運行環(huán)境是一種異常復雜的電磁環(huán)境，尤其是在高壓系統(tǒng)開關(guān)柜中表現(xiàn)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(jīng)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(nèi)。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(xù)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(shù)頻繁、持續(xù)時間長的特點，在軟件上通過一個周期內(nèi)至少有一個高頻脈沖和高頻脈沖持續(xù)一定延時的方式避開干擾。

VM 型產(chǎn)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(tǒng)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(tǒng)電壓的峰值，且比較穩(wěn)定；當真空度降低時，滅弧室內(nèi)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(fā)生變化；在觸頭邊緣形成電暈，產(chǎn)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(tǒng)電壓等的影響，在工程應用中比較容易實現(xiàn)。

3 安裝成果對該現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展的作用

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

由于是實時在線監(jiān)測，故可以省去傳統(tǒng)的定期停電檢測真空斷路器真空度試驗，延長設(shè)備的維修保養(yǎng)周期，減少維修保養(yǎng)費用，提高設(shè)備的利用率。

4 安裝實施

4.1 裝置安裝

真空斷路器在線監(jiān)測裝置安裝在開關(guān)柜二次室內(nèi)，考慮到不影響開關(guān)柜內(nèi)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(guān)柜內(nèi)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(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，故天線傳感器的安裝不影響真空斷路器的絕緣性能。

5 結(jié)論

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

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