专利名称：基于脉冲放电检测的真空断路器真空度在线监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力系统在线检测设备，特别是一种基于脉冲放电检测的在线监 测装置。
背景技术：
随着真空断路器在中低压领域越来越普遍的应用，由于灭弧室漏气、真空度不足 引起的开断与关合事故时有发生，真空断路器的核心是真空灭弧室，只有在一定的真空度 下，真空开关的可靠性才能得到保证。真空灭弧室的有关标准规定“用以装配真空断路器 的真空灭弧室内的内部气体压力应低于1. 33X10_3Pa”，这是指静态条件下的可测参数。运 行中的真空灭弧室的内部气体压力实际是一个动态参数，分断电流时的动态压力可能远高 于这一压强值，达到一两个数量级。当灭弧室接近临界压力状态时，发生短路故障，就可能 出现分断失败。因此，现场工作人员不仅希望在灭弧室出厂前能准确地测出其内部气体压 力，算出真空寿命，而且还希望能在使用过程中实现内部气体压力的现场不拆卸测试，及时 检测出那些低真空度的灭弧室。用于真空度在线检测的间接方法主要有电光变换法、耦合电容法等。电光变换法 是基于“电光效应”原理，利用某些光学元件在电场中能改变光学性能，从而把与真空度对 应的电场变化转换成光通量的变化，但该方法的主要问题是光学元件的工作稳定性差、成 本高。耦合电容法是根据局部放电测量原理提出来的，若被测真空灭弧室的带电触头至中 间屏蔽罩间的耐压强度由于真空度降低而下降，则当工频电压从零点升至某一值时，带电 触头和屏蔽罩之间的等值电容发生放电，该局部放电信号可通过位于屏蔽罩与接地箱壳之 间的局部放电探头进行在线监测。这种方法的主要问题是其测量的灵敏度还有待于进一步 地验证。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，真空开关在线监测装置综合了光电变换法和耦合电容 法的优点，采用倒置式电场检测探头，同时检测电场变化和局部放电信号。由于探头与灭弧 室保持足够的电气距离，保证了真空断路器的安全运行。且有效地降低成本，加强了实用 性。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是由安装在真空断路器正下方的电场 测量探头检测到真空断路器中由于真空度下降产生的微弱的脉冲放电信号，通过信号输送 通道和相应的滤波、放大以及转换器件将局部放电相关的数据送达智能信号处理单元，采 集到的周边电场信号和局部放电信号后，进行高速信号转换，并经数字信号处理得到三相 基波和高频信号。三相基波经过平衡运算得到周边电场的相对变化从而对应到真空度的变 化，高频信号对应局部放电的信号，也反映到真空度的变化。处理后的基波信号本身就没有 杂波干扰，再经过简单的相位平衡移动即可消除相间干扰，而局部放电信号则由于转换成 能量信号，因此具有很高的抗干扰性能。智能处理单元经过信号判定后给出故障灭弧室报
3警信号，同时微处理器网络接口单元将转换的三相基波和高频信号通过485转局域网与上 位主机进行通信。本发明的有益效果是灭弧室中的局部放电的中心频率在几十千赫兹，倒置式检 测探头可以轻易的达到该频带，从而能同时测量到局部放电，综合两种主流方法的优势。同 时试验证明，真空度下降后产生的局部放电的能量远大于背景高频噪音，因而可以得到可 靠的判据，也具有很高的抗干扰性能。
图1为本发明实施例结构示意中真空灭弧室1、电场测量探头2、智能信号处理单元3、数据采集系统4、微处 理器网路接口单元5、上位机6图2为三相电场测量探头图中信号采集头7、高压电容器8、圆形电路板9、分压电容10、运算放大器11、光 电隔离器12、接地线13、外部供电及输出信号单元14图3为智能信号综合处理单元图中220V电源输入模块15、开关电源16、士 12V电源输出及信号输入单元17、 AVR单片机数据采集单元18、动作继电器19、AVR通信232转485�？�20、通信信号输出单 元2具体实施例方式在图1中，每个真空断路器有三个真空灭弧室1，分别承受A、B、C三相的电压，在灭 弧室的正下方的一定距离内固定电场测量探头2，输出的是真空灭弧室的屏蔽罩电位信号， 经过智能信号处理单元3放大、滤波、A/D转换后，输入下位机数据采集系统4进行处理； 处理后的信号为屏蔽罩直流分量以及高频分量，通过微处理器网路接口单元5传送到上位 机6。上位机6根据直流分量以及高频分量对真空度进行标定、显示，评价灭弧室内的真空 状态。在图2中，电场测量探头2由半圆形的铝质信号采集头7和高压电容器8以及圆形 电路板9组成，圆形电路板9由分压电容10、运算放大器11、光电隔离器12、接地线13、外部 供电及输出信号单元14组成。为避免尖端放电，采集头制作成半圆形，屏蔽罩感应的电荷 会随着真空度的变化发生改变，同时在信号采集头上也会感应出一定的电荷，信号采集头7 和高压电容器8相接触，上述过程引起高压电容器8和分压电容10上电荷的重新分布，通 过检测信号输出端的变化即可跟踪屏蔽罩电位的变化过程，检测到的信号经过运算放大器 11进入光电耦合器12，阻断信号源与信号接收方的电气连接，这样可以有较的阻断电气干 扰以及增强电绝缘能力。其中外部供电及输出信号单元14由智能信号处理单元3提供运 算放大器工作的士 12V电源，以及信号的输出。在图3中，电路板的电源是由220V电源输入�？�15给由UC3843组成小功率开关 电源16产生，通过变压器产生士 12V给电场测量探头2、士5V给智能信号处理单元3供电。 下位机数据采集系统18包括数字和模拟两部分，主要负责三相探头输出信号的采集、分析 和处理。模拟部分共有三路相互独立的采集通道，分别采集A、B、C三相的经过光电耦合器后的信号，利用可编程增益放大器PGA对信号进行二次放大，以提高信号的传输能力。数字 部分由Atmegaie单片机控制，采用A/D转换�？椴杉Ｄ庑藕牛⑼ü致瞬ㄆ鹘杉� 后的数据进行滤波和交直流分离，得到直流分量和高频分量，在经过CAN总线传送到上位 机。根据程序的判断结果，如果真空度下降，启动动作继电器19。同时利用AVR通信232转 485�？�20、通信信号输出单元21将信号传至上位机6，上位机6对数据进行汇总、分析真 空度状态并在控制面板上显示出来，同时存到Flash中，方便以后查询。
权利要求
基于脉冲放电检测的真空断路器真空度在线监测装置，其特征是信号采集部分由安装在真空断路器正下方的电场测量探头检测到真空断路器中由于真空度下降产生的微弱的脉冲放电信号，通过信号输送通道和相应的滤波、放大以及转换器件将局部放电相关的数据送达智能信号处理单元，信号处理部分将采集到的周边电场信号和局部放电信号，用进行高速信号转换，并经数字信号处理得到三相基波和高频信号。三相基波经过平衡运算得到周边电场的相对变化从而对应到真空度的变化，高频信号对应局部放电的信号，也反映到真空度的变化。信号反馈部分经过信号判定后给出故障灭弧室报警信号，同时微处理器网络接口单元将转换的三相基波和高频信号通过485转局域网与上位主机进行通信。
2.根据权利要求1所述的电场探测探头，其特征是由半圆形的铝质信号采集头与高 压电容器一端相连接，其另外一端作为信号输出端直接和电路板相连接，电路板上集成分 压电容，运算放大器、光电耦合器等元件作为信号传输的一级放大通路。
3.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征是将信号进行A/D采样，然后进行傅 里叶变换或者数字滤波器程序提取出三相基波和高频信号。根据真空度变化后引起采样数 据的变化作为真空度下降的判据。
4.根据权利要求1所述的信号反馈方法，其特征是通过单片机数据通信和上位机进 行双向的通信，上位机可以显示波形的变化，同时也可以对单片机判据的初值进行调整。
全文摘要
一种基于脉冲放电检测的真空断路器真空度在线监测装置，由安装在真空断路器正下方的电场测量探头检测到真空断路器中由于真空度下降产生的微弱的脉冲放电信号，通过信号输送通道和相应的滤波、放大以及转换器件将局部放电相关的数据进行高速A/D转换，得到三相基波和高频信号。三相基波经过平衡运算得到周边电场的相对变化从而对应到真空度的变化，高频信号对应局部放电的信号，也反映到真空度的变化。处理后的基波信号本身就没有杂波干扰，再经过简单的相位平衡移动即可消除相间干扰，而局部放电信号则由于转换成能量信号，随着真空度下降，局部放电的脉冲信号强度越大。因此将直流信号和高频信号的强度作为断路器真空度下降的双重判据，对在线监测具有很高的灵敏度。
文档编号G01L21/00GK101995313SQ20101029155
公开日2011年3月30日 申请日期2010年9月26日 优先权日2010年9月26日
发明者张阔, 李卫国, 邓鑫, 闫文斌 申请人:北京华电蜂鸟科技有限责任公司
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