戶內(nèi)真空斷路器的工作原理
戶內(nèi)真空斷路器的工作原理為研究真空斷路器滅弧室內(nèi)真空度與局部放電狀態(tài)的關(guān)系，設(shè)計(jì)了一套模擬斷路器運(yùn)行的試驗(yàn)平臺(tái)，采用特高頻方法測(cè)量了滅弧室內(nèi)不同真空度下的局部放電信號(hào)，并利用統(tǒng)計(jì)參數(shù)法統(tǒng)計(jì)出不同壓強(qiáng)下的局放信號(hào)特征參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明隨著滅弧室內(nèi)真空度在0.5～300Pa之間變化，滅弧室局部放電量和次數(shù)有明顯區(qū)別，壓強(qiáng)在15～20Pa之間局部放電強(qiáng)度最大、次數(shù)最多，同時(shí)易發(fā)生間隙擊穿。在此基礎(chǔ)上通過對(duì)局部放電數(shù)據(jù)處理分析，得到不同壓強(qiáng)下局部放電PRPD譜圖，作為間接診斷斷路器滅弧室真空度的依據(jù)。
真空斷路器在電力系統(tǒng)中具有控制和保護(hù)雙重功能。它具有不爆炸、體積小、可靠性高等特點(diǎn)，是電力系統(tǒng)一次設(shè)備中維護(hù)工作量最大的設(shè)備之一。如其存在缺陷不僅起不到控制和保護(hù)作用，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響其他設(shè)備運(yùn)行而造成事故。真空斷路器的主要性能參數(shù)是真空滅弧室的真空度，真空度的高低直接影響真空開關(guān)使用期間的耐壓水平和開斷能力，而真空度主要由于制造質(zhì)量、運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行過程和現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境等原因?qū)е孪陆?。滅弧室的真空度在工程領(lǐng)域有重要意義。
目前已經(jīng)提出多種真空度在線檢測(cè)的方法，如光電變換法、耦合電容方法、屏蔽罩電位檢測(cè)方法等，其中光電變換法使用Pockels電場(chǎng)探頭測(cè)試滅弧室屏蔽罩附近的電場(chǎng)變化來判斷滅弧室內(nèi)真空度狀況；耦合電容法是基于局部放電原理提出的，其靈敏度還有待驗(yàn)證，目前很多問題需進(jìn)一步研究。文獻(xiàn)驗(yàn)證了屏蔽罩上的電位和真空度變化之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)提出了局部放電對(duì)屏蔽罩電位的影響，設(shè)計(jì)了測(cè)量屏蔽罩電位的傳感器。
超高頻局部放電檢測(cè)能夠有效避開低頻電磁干擾，它利用檢波器從高頻載波信號(hào)中提取出低頻調(diào)制信號(hào)，而僅保留局部放電信號(hào)的幅值和相位信息，因此頻譜范圍遠(yuǎn)寬于脈沖電流信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)，靈敏度高。本文通過建立一套模擬真空斷路器運(yùn)行的試驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了真空斷路器使其真空度可控，模擬真空斷路器的不同真空度故障類型，通過超高頻法來測(cè)量真空斷路器在不同壓強(qiáng)下的局部放電信號(hào)，統(tǒng)計(jì)放電信號(hào)在不同壓強(qiáng)下具有的特征，從而診斷滅弧室的真空度。
1、試驗(yàn)原理和裝置介紹
在電磁屏蔽良好的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)(背景噪聲<1pC)設(shè)計(jì)一套模擬真空斷路器運(yùn)行環(huán)境和控制真空度的試驗(yàn)系統(tǒng)，主要包括真空控制系統(tǒng)、真空測(cè)量儀表、斷路器運(yùn)行環(huán)境、局部放電測(cè)試系統(tǒng)。真空控制系統(tǒng)采用兩級(jí)真空泵構(gòu)成，以便能抽到滅弧室正常運(yùn)行時(shí)的高真空度；真空腔和滅弧室通過絕緣膠管相連，絕緣膠管不能過長，同時(shí)要保證足夠的電氣安全距離，絕緣膠管長度約為50cm，若太長會(huì)導(dǎo)致兩端有壓強(qiáng)差，真空測(cè)量儀表測(cè)量的數(shù)值不是滅弧室的壓強(qiáng)。
局部放電測(cè)試系統(tǒng)主要包括：試驗(yàn)變壓器的工頻相位信號(hào)、超高頻傳感器、高速數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。斷路器運(yùn)行工作環(huán)境通過在斷路器導(dǎo)電桿施加5.8kV的工作電壓來模擬。試驗(yàn)前真空斷路器滅弧室內(nèi)處于大氣狀態(tài)，加5.8kV工作電壓檢測(cè)是否有局部放電，同時(shí)檢測(cè)周圍是否有局部放電的干擾，確定周圍噪聲干擾后，在數(shù)據(jù)處理時(shí)消除外部環(huán)境帶來的干擾，再抽真空到斷路器工作狀態(tài)10-4 Pa等級(jí)，此時(shí)調(diào)節(jié)試驗(yàn)變壓器使斷路器工作電壓為5.8kV。穩(wěn)定后逐漸減小滅弧室真空度，使滅弧室真空度壓強(qiáng)平緩降到300Pa，并記錄不同等級(jí)真空度下的局部放電波形。圖2為試驗(yàn)回路示意圖，試驗(yàn)電源經(jīng)自耦調(diào)壓器T1輸出后接入到工頻試驗(yàn)變壓器T2上，T2額定電壓150/0.22kV，額定電流0.1/68.2A。Zch為保護(hù)電阻，阻值為10kΩ，串聯(lián)在T2的輸出端，以限制斷路器發(fā)生閃絡(luò)擊穿造成斷路器表面灼熱損傷。其中C1是連接變壓器高壓側(cè)與真空滅弧室并聯(lián)的電容，其值大小為3 000pF(電纜的長度為15m，單位長度的電容值為0.2μF/km)，模擬斷路器線纜終端。
數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備采用了荷蘭TIEPIE公司的HANDY SCOPE HS4數(shù)據(jù)采集卡，該采集卡有4個(gè)數(shù)據(jù)通道，使用其中兩個(gè)通道，局部放電的傳感器采用目前最常用的特高頻傳感器，采集卡其中一個(gè)通道采集特高頻傳感器測(cè)量的局部放電信號(hào)，另一通道采集工頻相位，同步采集和記錄試驗(yàn)變壓器的工頻相位和特高頻傳感器測(cè)量的局部放電信號(hào)，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
結(jié)論
① 搭建了模擬真空斷路器運(yùn)行的平臺(tái)，通過真空度控制系統(tǒng)模擬斷路器在不同壓強(qiáng)下的氣體放電，利用特高頻傳感器測(cè)量真空滅弧室局部放電信號(hào)。
② 根據(jù)試驗(yàn)可知，真空滅弧室內(nèi)的真空度降低到0.5Pa以上會(huì)發(fā)生局部放電，隨著真空滅弧室真空度的劣化，局部放電密度變大，放電量增強(qiáng)。當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到300Pa時(shí)，由于電子平均自由程減小，削弱了分子電離，阻礙了局部放電。
③ 通過PRPD二維譜圖分析出滅弧室不同真空度下局部放電的特征，作為診斷滅弧室真空度的依據(jù)。
