戶(hù)內真空斷路器的工作原理
戶(hù)內真空斷路器的工作原理為研究真空斷路器滅弧室內真空度與局部放電狀態(tài)的關(guān)系，設計了一套模擬斷路器運行的試驗平臺，采用特高頻方法測量了滅弧室內不同真空度下的局部放電信號，并利用統計參數法統計出不同壓強下的局放信號特征參數。試驗結果表明隨著(zhù)滅弧室內真空度在0.5～300Pa之間變化，滅弧室局部放電量和次數有明顯區別，壓強在15～20Pa之間局部放電強度最大、次數最多，同時(shí)易發(fā)生間隙擊穿。在此基礎上通過(guò)對局部放電數據處理分析，得到不同壓強下局部放電PRPD譜圖，作為間接診斷斷路器滅弧室真空度的依據。
真空斷路器在電力系統中具有控制和保護雙重功能。它具有不爆炸、體積小、可靠性高等特點(diǎn)，是電力系統一次設備中維護工作量最大的設備之一。如其存在缺陷不僅起不到控制和保護作用，嚴重時(shí)會(huì )影響其他設備運行而造成事故。真空斷路器的主要性能參數是真空滅弧室的真空度，真空度的高低直接影響真空開(kāi)關(guān)使用期間的耐壓水平和開(kāi)斷能力，而真空度主要由于制造質(zhì)量、運輸、安裝、運行過(guò)程和現場(chǎng)使用環(huán)境等原因導致下降。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(xiàn)檢測的方法，如光電變換法、耦合電容方法、屏蔽罩電位檢測方法等，其中光電變換法使用Pockels電場(chǎng)探頭測試滅弧室屏蔽罩附近的電場(chǎng)變化來(lái)判斷滅弧室內真空度狀況；耦合電容法是基于局部放電原理提出的，其靈敏度還有待驗證，目前很多問(wèn)題需進(jìn)一步研究。文獻驗證了屏蔽罩上的電位和真空度變化之間的對應關(guān)系，同時(shí)提出了局部放電對屏蔽罩電位的影響，設計了測量屏蔽罩電位的傳感器。
超高頻局部放電檢測能夠有效避開(kāi)低頻電磁干擾，它利用檢波器從高頻載波信號中提取出低頻調制信號，而僅保留局部放電信號的幅值和相位信息，因此頻譜范圍遠寬于脈沖電流信號，抗干擾能力強，靈敏度高。本文通過(guò)建立一套模擬真空斷路器運行的試驗平臺，設計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(lèi)型，通過(guò)超高頻法來(lái)測量真空斷路器在不同壓強下的局部放電信號，統計放電信號在不同壓強下具有的特征，從而診斷滅弧室的真空度。
1、試驗原理和裝置介紹
在電磁屏蔽良好的實(shí)驗室內(背景噪聲<1pC)設計一套模擬真空斷路器運行環(huán)境和控制真空度的試驗系統，主要包括真空控制系統、真空測量?jì)x表、斷路器運行環(huán)境、局部放電測試系統。真空控制系統采用兩級真空泵構成，以便能抽到滅弧室正常運行時(shí)的高真空度；真空腔和滅弧室通過(guò)絕緣膠管相連，絕緣膠管不能過(guò)長(cháng)，同時(shí)要保證足夠的電氣安全距離，絕緣膠管長(cháng)度約為50cm，若太長(cháng)會(huì )導致兩端有壓強差，真空測量?jì)x表測量的數值不是滅弧室的壓強。
局部放電測試系統主要包括：試驗變壓器的工頻相位信號、超高頻傳感器、高速數據采集處理系統。斷路器運行工作環(huán)境通過(guò)在斷路器導電桿施加5.8kV的工作電壓來(lái)模擬。試驗前真空斷路器滅弧室內處于大氣狀態(tài)，加5.8kV工作電壓檢測是否有局部放電，同時(shí)檢測周?chē)欠裼芯植糠烹姷母蓴_，確定周?chē)肼暩蓴_后，在數據處理時(shí)消除外部環(huán)境帶來(lái)的干擾，再抽真空到斷路器工作狀態(tài)10-4 Pa等級，此時(shí)調節試驗變壓器使斷路器工作電壓為5.8kV。穩定后逐漸減小滅弧室真空度，使滅弧室真空度壓強平緩降到300Pa，并記錄不同等級真空度下的局部放電波形。圖2為試驗回路示意圖，試驗電源經(jīng)自耦調壓器T1輸出后接入到工頻試驗變壓器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與真空滅弧室并聯(lián)的電容，其值大小為3 000pF(電纜的長(cháng)度為15m，單位長(cháng)度的電容值為0.2μF/km)，模擬斷路器線(xiàn)纜終端。
數據采集處理設備采用了荷蘭TIEPIE公司的HANDY SCOPE HS4數據采集卡，該采集卡有4個(gè)數據通道，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量的局部放電信號，另一通道采集工頻相位，同步采集和記錄試驗變壓器的工頻相位和特高頻傳感器測量的局部放電信號，將采集到的數據傳輸到后臺計算機進(jìn)行數據處理。
結論
① 搭建了模擬真空斷路器運行的平臺，通過(guò)真空度控制系統模擬斷路器在不同壓強下的氣體放電，利用特高頻傳感器測量真空滅弧室局部放電信號。
② 根據試驗可知，真空滅弧室內的真空度降低到0.5Pa以上會(huì )發(fā)生局部放電，隨著(zhù)真空滅弧室真空度的劣化，局部放電密度變大，放電量增強。當壓強達到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(guò)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。
