基于耦合電容法的真空斷路器真空度在線監(jiān)測

范江濤

（唐山供電公司，河北 唐山063000）

0 引言

真空斷路器在中低壓配電線路中廣泛用于控制和保護(hù)輸電線路以及用電設(shè)備，其運(yùn)行時(shí)主要是利用真空作為觸頭間的主絕緣介質(zhì)，起到絕緣拉弧的作用。作為斷路器的可靠性指標(biāo)，除了電性能外用戶最為關(guān)心的就是其真空度，依照標(biāo)準(zhǔn)真空斷路器出廠壓力應(yīng)小于1.33×10－2Pa，當(dāng)壓力超過1.33×10－1Pa時(shí)滅弧室的絕緣性能就處于臨界狀態(tài)，可能導(dǎo)致滅弧失敗。因此，十分有必要實(shí)時(shí)有效地監(jiān)控真空斷路器的真空度。目前，斷路器真空度監(jiān)測方法主要分為兩大類：離線檢測和在線監(jiān)測。本文采用耦合電容法來測量斷路器真空度，并給出了相應(yīng)的實(shí)例分析，該方法具有不斷電實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測的優(yōu)點(diǎn)，符合未來電力系統(tǒng)運(yùn)行的需求。

1 耦合電容法原理

耦合電容法實(shí)現(xiàn)了電氣設(shè)備由計(jì)劃檢修到狀態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變，它根據(jù)動態(tài)電荷分布和電容分壓原理，當(dāng)滅弧室內(nèi)真空度正常時(shí)，僅需較低的電壓（幾百伏）就可以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。在屏蔽罩上積累的負(fù)電荷使其負(fù)電位U逼近電極電壓的峰值。當(dāng)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，負(fù)離子漂移速度遠(yuǎn)小于電子，導(dǎo)致上述電流變小，屏蔽罩電位下降。該方法測試原理如圖1所示。其中，C1為帶電觸頭和屏蔽罩之間的電容，C2為探測電極與屏蔽罩之間的電容，C3為耦合電容。當(dāng)真空度劣化時(shí)，屏蔽罩電位絕對值降低，此過程引起電容C2和C3上的電荷重新分布，通過檢測信號輸出端U0的變化即可跟蹤屏蔽罩電位U0的變化過程，從而實(shí)現(xiàn)真空度的在線監(jiān)測。

圖1 耦合電容法原理示意圖

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖2所示，包括三相真空滅弧室試品1臺、三相實(shí)驗(yàn)變壓器1臺、真空泵1臺、真空度在線監(jiān)測傳感器及控制器1套、真空計(jì)1臺、計(jì)算機(jī)1臺、攝像頭1個(gè)。

圖2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備示意圖

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，利用真空泵給試品B相抽真空，而后緩慢放氣，其他兩相滅弧室為真空狀態(tài)作對照。利用三相實(shí)驗(yàn)變壓器給試品加壓，并考慮實(shí)際系統(tǒng)電壓的波動范圍。利用后臺軟件對采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并利用屏幕錄制軟件記錄整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程信息，方便事后數(shù)據(jù)整理和分析。真空傳感器探頭與滅弧室外壁距離可調(diào)。記錄真空傳感器探頭與真空滅弧室距離分別為30mm、35mm、40mm、45mm、50mm，線電壓分別為3.0kV、3.5kV、4.0kV、4.5kV、5.0kV、5.5kV、6.0kV 時(shí) 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和波形。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

整理真空傳感器探頭與真空滅弧室不同距離時(shí)不同線電壓下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得到基波值和真空傳感器探頭與真空滅弧室距離以及線電壓值的關(guān)系。圖3所示為傳感器與滅弧室距離分別為30mm、35mm、40mm、45mm、50mm 時(shí)基波值與電壓等級的關(guān)系。可以看出，在滅弧室真空度相同的情況下：真空度監(jiān)測傳感器與滅弧室外壁的距離相等時(shí)，基波值隨線電壓的升高而增大；同一線電壓下，基波值隨真空度監(jiān)測傳感器與滅弧室外壁距離的增大而減小。

4 結(jié)語

由上可知，當(dāng)真空滅弧室真空度相同，且真空度監(jiān)測傳感器與滅弧室外壁距離相等時(shí)，基波值隨線電壓的升高而增大；當(dāng)真空滅弧室真空度相同，且所施加的實(shí)驗(yàn)線電壓一定時(shí)，基波值隨真空度監(jiān)測傳感器與滅弧室外壁距離的增大而減小。當(dāng)A、C相滅弧室為真空狀態(tài)，B相滅弧室真空度值小于1Pa時(shí)，即使B相真空度降低，A、B、C三相的基波值也基本不變。

圖3 基波值與真空傳感器與滅弧室距離以及線電壓值的關(guān)系

如果要進(jìn)一步準(zhǔn)確測量低氣壓尤其是低于0.01～1Pa的氣壓與屏蔽罩電位的關(guān)系，則需要解決多方面的問題，如提高傳感器的靈敏度、降低在線測量時(shí)干擾因素的影響等。