開發(fā)了真空開關真空度在線監(jiān)測系統(tǒng)，基于屏蔽罩的電勢和屏蔽罩外的電場強度關系，采用自制電場傳感器測量在屏蔽罩外側的場強，并通過LabVIEW 來實現(xiàn)系統(tǒng)管理和信號處理，實驗結果表明，該監(jiān)測系統(tǒng)能有效地監(jiān)測到真空開關真空度衰減的情況。

引言

　　真空開關滅弧室的真空度是真空開關管的重要性能參數(shù)，真空度的高低直接關系到真空開關管的儲存壽命，影響真空開關使用期間的耐壓水平和分斷能力。目前，隨著真空開關在中低壓領域的廣泛應用，滅弧室里的真空度在線監(jiān)測已經(jīng)成為工程領域的一個熱門課題。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)測設施已投入測試運行，但由于惡劣的電磁環(huán)境和昂貴的傳感器成本，且監(jiān)測設備測量的靈敏度、精確度和可信度很難滿足現(xiàn)場實際要求。

　　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真空度之間的關系，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。真空技術網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認為所研究的監(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準信息處理，這些措施能確保監(jiān)測系統(tǒng)可靠地運行，而且該監(jiān)測系統(tǒng)能同時在線監(jiān)測多個真空開關柜，由于結構簡單和成本適中，十分易于推廣。

1、檢測原理

　　真空斷路器在運行一段時間后，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) 開關本體結構上的缺陷造成微量漏氣，這種漏氣平時檢測不到，只有經(jīng)過較長時間的積累，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)長期運行慢慢析出，造成滅弧室氣壓上升。

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

　　滅弧室內(nèi)的真空度正常時，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致發(fā)射引起的電子電流。屏蔽罩積累的負電荷使其負電位幾乎達到電極電壓峰值;滅弧室內(nèi)真空度劣化時，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離子。由于負離子質(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，場致發(fā)射電子全部被氣體分子吸附為負離子。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，故大氣條件下，屏蔽罩電勢由導電桿與屏蔽罩之間的分布電容和屏蔽罩與機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( 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度，檢測屏蔽罩的電勢變化，即能實現(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。在實驗室中進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系的試驗，試驗的結果如圖2 所示。當滅弧室中的氣壓上升到0.1 Pa( 意味著真空度下降)時，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系

2、在線監(jiān)測系統(tǒng)的結構

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)計算機、多通道高速數(shù)據(jù)采集卡和多通道光纖通信設備還有信號傳遞控制板組成，系統(tǒng)結構框圖如圖3 所示。

圖3 在線監(jiān)測系統(tǒng)結構功能圖

2.2、傳感器原理

　　結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原理的電場感應部分、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。傳感器電場感應部分的原動力是來自光電池和信號通過電絕緣的光電導管傳遞而形成的能量( 見圖4)。

圖4 傳感器電路結構圖