真空斷路器是電器設(shè)備的保護和控制的重要開關(guān)設(shè)備。滅弧室真空度會隨著真空斷路器運行時間而逐漸降低，影響斷路器正常工作，所以需要精確觀測其變化情況。耦合電容式作為主要的真空度在線監(jiān)測方法之一，可以有效地測得滅弧室真空度變化。然而電場傳感器的插入不可避免的會影響到滅弧室周邊電場分布，加大真空度檢測誤差，從而對電力系統(tǒng)運行造成安全隱患。通過有限元分析軟件ANSYS，對加入傳感器后不同測量距離下的滅弧室周邊電場進行仿真計算。仿真結(jié)果表明滅弧室與傳感器安全距離范圍為50-70mm之間時，對周邊電場影最小。并根據(jù)模擬數(shù)據(jù)分析結(jié)果，為消除耦合式電容電場傳感器對真空度檢測安全隱患，提供了理論依據(jù)。

　　引言

　　真空斷路器由于具有體積小，容量大、壽命長、可靠性高等優(yōu)點，被廣泛應用于低壓與中壓的諸多領(lǐng)域。真空斷路器滅弧室內(nèi)的真空度由于運輸、安裝、運行等原因而降低，這會直接影響斷路器開端能力和耐壓水平，對電力系統(tǒng)運行造成安全隱患，甚至釀成事故[2]。國內(nèi)統(tǒng)計資料表面，真空斷路器的開斷與關(guān)合事故比例較高，真空度不足是主要原因，每次真空斷路器事故平均損失電量達數(shù)百萬千瓦時，造成重大的經(jīng)濟損失。根據(jù)國家規(guī)定，考慮到斷路器分斷時滅弧性能的需要，真空度應不高于1.33×10^-2 Pa，才能夠保證真空斷路器安全運行。真空滅弧室真空度的檢測方法分為離線檢測和在線檢測兩類。真空斷路器的離線檢測方法主要包括：觀察法，電弧電壓法，火花計法，高頻放電法，工頻耐壓法，局部放電檢測法，X射線法和磁控放電法等。但離線檢測方法試驗復雜，無法做到即壞即修，耗費人力、財力和時間。真空度在線檢測的主要方法有：光電變換法、局部放電發(fā)[7]、懸浮電極放電間隙法[8]、檢測自閉力的平衡彈簧與千分表法等。

　　耦合電容法[10]由于具有成本低，靈敏度高，不易受周圍環(huán)境影響等優(yōu)點成為目前主要的真空度在線檢測方法之一。但電場傳感器的插入不可避免的會影響到滅弧室的電場分布，尤其是在畸變較為嚴重的感應電極附近電場處誤差較大，為電網(wǎng)運行帶來安全隱患。若能夠消除耦合電容式電場傳感器對滅弧室的電場影響，耦合電容式不失為一種有效的真空在線檢測方法。

　　為了研究耦合電容式傳感器對滅弧室電場分布的影響，本文通過使用有限元分析軟件ANSYS，求解時采用不完全喬列斯基分解共扼梯度法(ICCG法)對加入傳感器后不同距離下滅弧室周邊電場進行分析，提出消除耦合式電容電場傳感器對真空度檢測安全隱患的對策，為斷路器安全運行，防止事故重復發(fā)生起到指導作用。

1、耦合電容法

　　耦合電容法是根據(jù)局部放電測量原理所提出的一種在線監(jiān)測方法，如圖1所示為耦合電容法測量原理和等效電路。帶電觸頭、屏蔽罩、探測電極分別構(gòu)成了圖1所示的C1、C2分布電容，C2是耦合電容。當滅弧室正常工作時，屏蔽罩上不帶電荷，當真空度下降引發(fā)帶電觸頭與屏蔽罩之間的耐壓強度下降。屏蔽罩與電極之間放電會使滅弧室內(nèi)屏蔽罩帶有一定量的靜電荷。而屏蔽罩和大地之間的工頻電場也隨之發(fā)生變化，當工頻電壓升到一定值時，等值電容Cl被擊穿放電，即圖1(b)中的間隙G被擊穿，這就使得電極電容C2和耦合電容C3構(gòu)成的放電回路中的電荷重新分布，同時在M端經(jīng)光電變換脈沖輸出一個脈沖。從而檢測滅弧室內(nèi)真空度。屏蔽罩的交流電位的有效值與真空度之間的關(guān)系曲線，如圖2所示。

　　由于C1和C2均遠遠小于C3，故而該電極的電位接近于地電位。因此，電場感應電極的插入會影響滅弧室周邊電場分布。

　　可以看出距離20mm到50mm之間，滅弧室周邊場強有明顯下降，之后逐漸趨于平穩(wěn)。通過距離范圍為50-70mm和無傳感器的電場強度矢量圖相比較，可以看出加入傳感器后滅弧室周邊電場發(fā)生了一定的變化，可知空氣的起始電暈場強為30kV/cm(峰值)，所以認為場強在20kV/cm以下時，即可保證高壓帶電部位不會出現(xiàn)電暈放電。如果繼續(xù)增大滅弧室與傳感器的距離，真空度測量將會產(chǎn)生較大誤差。因此當傳感器插入到斷路器時，保持滅弧室與傳感器的安全距離為50-70mm，可避免產(chǎn)生電暈等現(xiàn)象危害斷路器運行，而且仍能夠保證傳感器準確測量真空斷路器真空度。

4、結(jié)束語

　　本文利用ANSYS軟件對耦合電容式傳感器在不同位置時對滅弧室周邊的電場影響分析，通過本文的研究工作，可得出如下結(jié)論：

　　(1)有限元法是計算三維電場的有效方法之一，它對于參數(shù)復雜，或者非線性問題都能夠清晰展現(xiàn)出計算區(qū)域中場強的變化規(guī)律。

　　(2)由ANSYS軟件仿真可知，保持滅弧室與傳感器的安全距離為50-70mm，可避免產(chǎn)生電暈等現(xiàn)象危害斷路器運行，而且仍能夠保證傳感器準確測量真空斷路器真空度。

　　(3)通過對真空斷路器三維電場的計算與分析，了解了耦合電容式傳感器對滅弧室真空度檢測的安全隱患，對真空度檢測方法的改進提供了理論依據(jù)，確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

　　由于篇幅有限，將來可通過對滅弧室與傳感器距離產(chǎn)生電場誤差的線性或非線性的規(guī)律，進行自適應的濾除干擾的研究，對滅弧性能有進一步了解。