一種微波的真空斷路器真空度預警裝置的制造方法
【專利摘要】一種微波的真空斷路器真空度預警裝置，包括微處理器模塊、微波發(fā)生電路、微波反饋電路，微處理器模塊分別連接功能按鍵模塊、聲光報警模塊、遠程通訊接口。微處理器模塊分別連接微波發(fā)生電路、微波反饋電路，所述微波發(fā)生電路、微波反饋電路連接同軸線。本實用新型一種微波的真空斷路器真空度預警裝置，能夠承受高電壓、強電場以及工作時有溫升條件下的環(huán)境溫度，該裝置的安裝不影響真空斷路器的各項性能指標。該裝置能夠精確反應真空斷路器真空度的優(yōu)劣情況，通過遠程通訊接口連接監(jiān)控室，能夠同步、直觀的顯示裝置采集和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息。
【專利說明】
一種微波的真空斷路器真空度預警裝置
技術(shù)領域
[0001] 本實用新型一種微波的真空斷路器真空度預警裝置，涉及真空斷路器真空度檢測 領域。
【背景技術(shù)】
[0002] 真空高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的設備之一，它在電網(wǎng)中主要起著控制、保 護、安全隔離的作用，具有絕緣性能好、開距小、電弧電壓低、電弧能量小、電氣機械壽命高、 開合額定開斷電流次數(shù)多等一系列優(yōu)點，普遍用于10_35kV開關(guān)柜內(nèi)，其運行狀態(tài)直接決定 電力系統(tǒng)的安全和效益。真空斷路器在運行過程中真空度會逐步下降，真空泄露到一定程 度，分合閘時開關(guān)會發(fā)生爆炸。目前，供電系統(tǒng)大都采用真空斷路器斷口間交流耐壓試驗進 行真空度檢測，該技術(shù)僅能檢測到斷路器真空度是否完好，但對真空滅弧室初期泄露檢測 不明顯，更不能量化真空度，對真空度預警上存在盲區(qū)。
[0003] 由于真空斷路器在10~35kV供電網(wǎng)絡中的重要性，并且真空斷路器復雜的密封結(jié) 構(gòu)也不允許以常規(guī)手段進行檢修，故真空度運行性能的帶電監(jiān)測已經(jīng)成為一次設備狀態(tài)檢 修領域的重要課題。目前用于試驗的斷路器真空度檢測方法有很多，但是大部分都是離線 檢測方法，主要包括:工頻耐壓法，觀察法，火花檢漏計法，吸氣劑顏色變化判定法，高頻放 電法，磁控放電法，脈沖電流法等，相對來說，其應用已經(jīng)較為成熟。為提高配電系統(tǒng)的供電 可靠性，減少停電時間，提高經(jīng)濟效益，人們提出了對于斷路器真空度的在線監(jiān)測。這意味 著要在不改動真空斷路器主體結(jié)構(gòu)以及需要在帶電的前提下，且無論斷路器處于合閘還是 斷開的狀態(tài)，都可以隨時監(jiān)測其真空度的變化，從而對真空斷路的真空度進行預警。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本實用新型提供一種微波的真空斷路器真空度預警裝置，能夠承受高電壓、強電 場以及工作時有溫升條件下的環(huán)境溫度，該裝置的安裝不影響真空斷路器的各項性能指 標。該裝置能夠精確反應真空斷路器真空度的優(yōu)劣情況，通過遠程通訊接口連接監(jiān)控室，能 夠同步、直觀的顯示裝置采集和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息。
[0005] 本實用新型所采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種微波的真空斷路器真空度預警裝置，包括微處理器模塊、微波發(fā)生電路、微波 反饋電路，微處理器模塊分別連接功能按鍵模塊、聲光報警模塊、遠程通訊接口。微處理器 模塊分別連接微波發(fā)生電路、微波反饋電路，所述微波發(fā)生電路、微波反饋電路連接同軸 線。
[0007] 所述微波反饋電路包括差動放大電路、帶通濾波器、整流濾波電路。
[0008] 所述微處理器模塊為66AK2L06型微處理器。
[0009] 所述遠程通訊接口為RS485通訊接口。
[0010] -種微波的真空斷路器真空度預警裝置，安裝到真空斷路器被監(jiān)測部分的正對面 15cm左右范圍內(nèi)，或者是小推車上。因為800MHz的微波的在真空中的波長為0.375cm，在其 余介質(zhì)中的波長均小于該值，而傳播距離越長，對波的衰減越嚴重，同時每半個周期均會出 現(xiàn)一個最大幅值，因此只需要在半個波長范圍內(nèi)，即18.75cm，加上真空屏蔽罩離最外層的 距離，監(jiān)測裝置裝到被監(jiān)測部分正對面L=15cm左右的范圍即可。
[0011] -種微波的真空斷路器真空度檢測方法，同軸線發(fā)出微波信號，在空氣中傳播到 真空斷路器的被監(jiān)測部分，微波信號依次經(jīng)過上絕緣硅橡膠復合套管、左側(cè)空氣層、硅膠 層、右側(cè)空氣層到達真空滅弧室;再經(jīng)過陶瓷、真空滅弧室內(nèi)氣體，最后再金屬屏蔽罩上發(fā) 生全反射，在微波信號穿過的這些介質(zhì)中，除了真空滅弧室內(nèi)氣體的介電常數(shù)會變化外，其 余介質(zhì)的介電常數(shù)均不變;采用傳輸法進行介電常數(shù)的測量，用微波信號的反射系數(shù)對介 電常數(shù)的變化進行量化，從而測出真空斷路器中真空度的變化。
[0012] 一種微波的真空斷路器真空度預警方法，接收并處理微波反射信號，得到反射波 的振幅，當真空滅弧室內(nèi)真空度下降時，真空滅弧室內(nèi)氣體的相對介電常數(shù)就變大，使得反 射波的振幅下降；當真空度下降到一定程度時，此時反射波的振幅也下降到了閾值，聲光報 警模塊就會出現(xiàn)聲光報警，同時給遠程監(jiān)控室提出預警。
[0013] 本實用新型一種微波的真空斷路器真空度預警裝置，能夠承受高電壓、強電場以 及工作時有溫升條件下的環(huán)境溫度，該裝置的安裝不影響真空斷路器的各項性能指標。該 裝置能夠精確反應真空斷路器真空度的優(yōu)劣情況，通過遠程通訊接口連接監(jiān)控室，能夠同 步、直觀的顯示裝置采集和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息。
【附圖說明】
[0014] 圖1為12kV真空斷路器電壓等級和開始放電壓力的關(guān)系圖。
[0015] 圖2(a)為本實用新型的電壓反射系數(shù)、入射電壓波的振幅、反射電壓波的振幅電 路圖。
[0016] 圖2(b)為圖2(a)的等效電路圖。
[0017] 圖3為本實用新型裝置的硬件連接示意圖。
[0018]圖4為本實用新型的測試原理圖。
[0019]圖5為本實用新型的等效電路圖：
[0020]其中圖5(a)是圖4的等值電路；
[0021] 圖5(b)是從真空滅弧室內(nèi)氣體看過去的輸入阻抗電路；
[0022] 圖5(c)是從陶瓷看過去的輸入阻抗電路；
[0023] 圖5(d)是從右側(cè)空氣層看過去的輸入阻抗電路；
[0024] 圖5(e)是從硅膠層看過去的輸入阻抗電路；
[0025] 圖5(f)是從左側(cè)空氣層看過去的輸入阻抗電路；
[0026] 圖5(g)是從上絕緣硅橡膠復合套管看過去的輸入阻抗電路；
[0027] 圖5(h)是從空氣看過去的輸入阻抗電路。
[0028]圖6為本實用新型的安裝示意圖。
[0029]其中：1-同軸線，2-微波發(fā)生電路，3-微波反饋電路，4-微處理器模塊，5-功能按鍵 模塊，6-聲光報警模塊，7-遠程通訊接□，8-微波信號，9-真空斷路器的被監(jiān)測部分，10-上 絕緣硅橡膠復合套管，11-左側(cè)空氣層，12-硅膠層，13-右側(cè)空氣層，14-真空滅弧室，15-陶 瓷，16-真空滅弧室內(nèi)氣體，17-金屬屏蔽罩。
[0030] 18-上出線端子，19-導電夾，20-下出線端子，21-法蘭，22-絕緣拉桿，23-電流互感 器，24-下絕緣硅橡膠復合套管，25-壓簧，26-硅橡膠出線套，27-拉桿套，28-指針。
【具體實施方式】
[0031] 一種微波的真空斷路器真空度預警裝置，包括微處理器模塊4、微波發(fā)生電路2、微 波反饋電路3,微處理器模塊4分別連接功能按鍵模塊5、聲光報警模塊6、遠程通訊接口 7。微 處理器模塊4分別連接微波發(fā)生電路2、微波反饋電路3，所述微波發(fā)生電路2、微波反饋電路 3連接同軸線1。
[0032] 所述微波反饋電路3包括差動放大電路、帶通濾波器、整流濾波電路。先用帶通濾 波器濾波，然后經(jīng)過整流濾波電路處理，最后利用差動放大電路對微波進行處理。
[0033] 所述微處理器模塊4型號：66AK2L06
[0034] 所述遠程通訊接口 7型號:RS485通訊接口。
[0035] 所述功能按鍵模塊5包括兩個獨立按鍵，分別實現(xiàn)自檢、復位功能。
[0036] 所述聲光報警模塊6包括發(fā)光二極管、蜂鳴器。
[0037] 真空斷路器真空度< 6.6 X HT2Pa時，真空斷路器的帶電分、合觸頭與中間屏蔽罩 之間的絕緣狀態(tài)良好。但隨著真空斷路器的存放、運行的時間增加，真空滅弧室14的真空度 會降低。當真空斷路器的真空滅弧室14內(nèi)真空度劣化時，真空滅弧室14中的閉合觸頭與屏 蔽罩之間會產(chǎn)生放電，放電大致分為預防電和擊穿放電兩個階段。當真空度劣化時，會出現(xiàn) 預防電，此時的真空度仍處于高真空狀態(tài)。在實際運行過程中，12kV真空斷路器真空滅弧室 內(nèi)壓強上升到5~IOPa時擊穿電壓才會大幅度下降，如圖1所示。影響電力系統(tǒng)正常的生產(chǎn)， 因此只要能在IOPa之前時對真空斷路器真空度進行預警，就能保證真空斷路器得到最大程 度的使用。
[0038] 真空度與氣體的相對介電常數(shù)相關(guān)，真空度越大，相對介電常數(shù)越大。當真空滅弧 室14內(nèi)處于真空時，真空滅弧室14內(nèi)氣體的相對介電常數(shù)為1。當真空滅弧室14內(nèi)真空度等 于IOPa時，真空滅弧室14內(nèi)氣體的相對介電常數(shù)則變成了 1.00000006。而相對介電常數(shù)的 改變也改變了微波信號的波阻抗，從而使微波信號的電壓反射系數(shù)也隨之改變。如圖2(a) 所示，電壓反射系數(shù)F就是入射電壓波的振幅與反射電壓波的振幅的比值，
從公式可以看出，Γ跟波阻抗相關(guān)，也就是和相對介電常數(shù)即與真空度相關(guān)，可以通過反射 電壓波的振幅體現(xiàn)出來。如圖2(b)是圖2(a)的等效電路，從Z = -I處朝負載看去的輸入阻抗
通過真空斷路器真空度預警裝置發(fā)射微波信號8并接受反射回來的微 〇 波信號，經(jīng)過微波反饋電路3的處理，得到電壓振幅。當電壓振幅下降到一個閾值時，說明真 空滅弧室內(nèi)氣體16的真空度到了可允許的最高上限，本實用新型裝置就會報警，已達到在 線預警目的。
[0039] 如圖4、圖5所示，本實用新型一種微波的真空斷路器真空度預警裝置，通過同軸線 1發(fā)出800MHz的微波信號8,在空氣中傳播到真空斷路器的被監(jiān)測部分9,微波信號8依次經(jīng) 過上絕緣硅橡膠復合套管10、左側(cè)空氣層11、硅膠層12、右側(cè)空氣層13到達真空滅弧室14; 再經(jīng)過陶瓷15、真空滅弧室內(nèi)氣體16,最后在金屬屏蔽罩17上發(fā)生全反射。在微波信號8穿 過的這些介質(zhì)中，除了真空滅弧室內(nèi)氣體16的介電常數(shù)會變化外，其余介質(zhì)的介電常數(shù)均 不變。采用傳輸法進行介電常數(shù)的測量，用微波信號8的反射系數(shù)對介電常數(shù)的變化進行量 化，從而測出真空斷路器中真空度的變化。
[0040] 等效電路如圖5所示，
其中μ〇 = 4π X l(T7H/m為真空磁導率， ε〇 = 8.854Χ10-12F/m為真空介電常數(shù)，ε:為介質(zhì)的相對介電常數(shù)。
.其 中ω =2π · f為角頻率，μ為介質(zhì)的磁導率。在正常狀態(tài)下，上絕緣硅橡膠復合套管10、空氣、 左側(cè)空氣層11、右側(cè)空氣層13、硅膠層12、陶瓷15、真空滅弧室內(nèi)氣體16和金屬屏蔽罩17的 磁導率均等于真空磁導率。
[0041 ]空氣、左側(cè)空氣層11、右側(cè)空氣層13的4=1.000585,上絕緣硅橡膠復合套管10的 ~ = 2.2~3.5，硅膠層12的~2 5.1，陶瓷15的~2 6，金屬屏蔽罩17的~<10。根據(jù)各個介質(zhì) 的相對介電常數(shù)和磁導率，分別算出波阻抗ZU2、Z3、Z 4、Z5、Z6、Ζ7和Z8，以及傳播常數(shù)H 03、04、05、06、07、后8。
[0042]圖（5a)是圖4的等值電路。圖（5b)是從真空滅弧室內(nèi)氣體16看過去的輸入阻抗為 Zin7 = Z8,此時真空滅弧室內(nèi)氣體16與金屬屏蔽罩17分界面上的反射系數(shù)
[0044] Zin7:從真空滅弧室內(nèi)氣體16看過去的輸入阻抗；
[0045] Zs:金屬屏蔽罩的波阻抗；
[0046] Γ 78:真空滅弧室內(nèi)氣體16與金屬屏蔽罩17分界面上的反射系數(shù)；
[0047] Z7:真空滅弧室內(nèi)氣體的波阻抗。
[0048]圖（5c)是從陶瓷15看過去的輸入 此時陶瓷15與真空 滅弧室內(nèi)氣體16分界面上的反射系數(shù)
[0049] Zin6:從陶瓷15看過去的輸入阻抗；
[0050] Z7:真空滅弧室內(nèi)氣體中的波阻抗；
[0051] Γ78 :真空滅弧室內(nèi)氣體16與金屬屏蔽罩17分界面上的反射系數(shù)；
[0052] β7:真空滅弧室內(nèi)氣體16的傳播常數(shù)；
[0053] d6:真空滅弧室內(nèi)氣體16的厚度；
[0054] Γ67:陶瓷15與真空滅弧室內(nèi)氣體16分界面上的反射系數(shù)；
[0055] Z6:陶瓷15中的波阻抗。
[0056]圖（5d)是從右側(cè)空氣層13看過去的輸入阻抗 此時右側(cè)空
氣層13與陶瓷15分界面上的反射系數(shù) 同理可從圖（5d)-直等效到圖（5h)。 c 圖（5h)時從空氣看過去的輸入阻抗
而空氣與上絕緣硅橡膠復合套 管10分界面上的反射
即為所有反射波疊加后的微波反射波的反射系 數(shù)。用裝置接收并處理微波反射信號，得到反射波的振幅。當真空滅弧室14內(nèi)真空度下降 時，真空滅弧室內(nèi)氣體16的相對介電常數(shù)就變大，使得反射波的振幅下降。當真空度下降到 一定程度時，此時反射波的振幅也下降到了閾值，聲光報警模塊6就會出現(xiàn)聲光報警同時給 遠程監(jiān)控室提出預警。
[0057] Zin5:從右側(cè)空氣層13看過去的輸入阻抗；
[0058] Z6:陶瓷15中的波阻抗；
[0059] Γ67:陶瓷15與真空滅弧室內(nèi)氣體16分界面上的反射系數(shù)；
[0060] β6:陶瓷15的傳播常數(shù)；
[0061] d5:陶瓷15的厚度；
[0062] Γ56:右側(cè)空氣層13與陶瓷15分界面上的反射系數(shù)；
[0063] Z5:右側(cè)空氣層13中的波阻抗；
[0064] Zinl:從空氣看過去的輸入阻抗；
[0065] Ζ2:上絕緣娃橡膠復合套管10中的波阻抗；
[0066] Γ23:上絕緣硅橡膠復合套管10與左側(cè)空氣11分界面上的反射系數(shù)；
[0067] &:上絕緣硅橡膠復合套管10的傳播常數(shù)；
[0068] cb:上絕緣硅橡膠復合套管10的厚度；
[0069] Γ12:空氣與上絕緣硅橡膠復合套管10分界面上的反射系數(shù)；
[0070] Z1:空氣中的波阻抗。
[0071] 實施方式：
[0072] 如圖6所示：將本實用新型裝置安裝到真空斷路器被監(jiān)測部分5的正對面2m范圍 內(nèi)，或者是小推車上，利用微波反饋電路3接收并處理微波反射信號，再利用微處理器模塊4 判斷反射信號振幅是否到達閾值，當振幅達到閾值時，說明真空斷路器的真空度出現(xiàn)了劣 化，將判斷結(jié)果通過聲光報警模塊6進行現(xiàn)場報警，并通過遠程通訊接口 7將結(jié)果傳輸至遠 程監(jiān)控室。當IOkV真空斷路器真空度出現(xiàn)劣化時，聲光報警模塊6會亮燈并發(fā)聲，同時遠程 監(jiān)控室的顯示屏會同步顯示故障。
【主權(quán)項】
1. 一種微波的真空斷路器真空度預警裝置，包括微處理器模塊(4)、微波發(fā)生電路(2)、 微波反饋電路(3)，其特征在于，微處理器模塊(4)分別連接功能按鍵模塊(5)、聲光報警模 塊(6)、遠程通訊接口（7);微處理器模塊(4)分別連接微波發(fā)生電路(2)、微波反饋電路(3)， 所述微波發(fā)生電路(2)、微波反饋電路(3)連接同軸線（1)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微波的真空斷路器真空度預警裝置，其特征在于，所述微波 反饋電路(3)包括差動放大電路、帶通濾波器、整流濾波電路。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微波的真空斷路器真空度預警裝置，其特征在于，所述微處 理器模塊(4)為66AK2L06型微處理器。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微波的真空斷路器真空度預警裝置，其特征在于，所述遠程 通訊接口（ 7)為RS485通訊接口。5. 如權(quán)利要求1~4任意一項所述的一種微波的真空斷路器真空度預警裝置，其特征在 于，該裝置安裝到真空斷路器被監(jiān)測部分(9)的正對面15cm左右范圍內(nèi)，或者是小推車上。
【文檔編號】H01H33/668GK205487934SQ201620271397
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月1日
【發(fā)明人】黃悅?cè)A, 袁雪珺, 程江洲, 陳晨, 張迪, 曹詩龍
【申請人】三峽大學