CN102589796B

CN102589796B - 一种真空开关真空度在线监测系统

Info

Publication number: CN102589796B
Application number: CN201210039152.3A
Authority: CN
Inventors: 程玉华; 王军; 赵广慧; 郑伟; 苟小平; 白利兵; 陈凯
Original assignee: CHENGDU KAISAIER ELECTRONICS CO LTD; University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: CHENGDU KAISAIER ELECTRONICS CO LTD; University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2032-02-21
Also published as: CN102589796A

Abstract

本发明公开了一种真空开关真空度在线监测系统，在高压端通过取样电阻获取反映真空开关真空度的真空度传感信号，然后通过信号采集板转换为数字的真空度传感数据，采集到的真空度传感数据通过红外信号发送出去；在低压端通过红外信号接收模块接收来自高压端的红外信号，得到采集的真空度传感数据，并传输到信号处理、显示电路板进行处理，显示出监测的真空开关真空度，实现在线监测。在本发明中包括两个的传输通路，一个是信号传输通路，另外一路为光能传输通路，实现了高压端即信号采集端到低压端即操作人员一侧的电气隔离，提高了操作的安全性。

Description

一种真空开关真空度在线监测系统

技术领域

本发明属于在线监测技术领域，更为具体地讲，涉及一种真空开关真空度在线监测系统。

背景技术

真空开关在低压及中压领域是极有前途的一种开关器件，作为新一代的、先进的开关设备，在我国目前电网改造中得到广泛的应用。

真空开关真空度，即其灭弧室内的真空度是决定其电气性能的主要因素之一。灭弧室内真空度的劣化，不仅降低了真空开关长期耐受系统电压的能力和在运行过程中耐受内、外过电压的能力，而且极难有效地断开故障电流。因此真空开关的广大用户都迫切需要对运行中的真空开关真空度进行监测。

目前，对真空开关真空度的监测方法从大的方面来说，可分为离线监测和在线监测两大类。

1、离线监测

离线监测的方法有很多，而且发展得也比较成熟，其中磁控放电法是一种重复性较好的定量测量方法。但是离线监测的最大的弊端就是该监测方法必须是在断电情况下进行，不能实时监测真空度，无法真正意义上排除因真空度降低而造成的危险。

2、在线监测

而在线监测由于要在不改动真空开关主体结构及运行状态的前提下，随时监测其真空度的变化。用于真空开关真空度在线监测的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，如Pockels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。若当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两个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。

此外，常见的真空开关真空度测试方法还有：工频耐压法、观察法、火花计法、吸气剂颜色变化的判定法、磁控放电法等等。

在2000年6月21日授权公告的、授权公告号为CN 2384307Y的中国实用新型专利说明书中，公布了一种名称为“带有全量程传感器的真空开关管”，在真空开关管管体静端安装全量程传感器，所说的全量程传感器有一个环状瓷壳，所说的瓷壳的内壁让有二个位于同一圆心线的阳极板定位孔、瓷壳上表面有二个阴极板定位孔，在瓷壳的底面和顶面上分别焊接有阳极密封帽和阴极密封筒，在瓷壳内对应定位孔位置放置有下部有一个椭圆孔的阳极板，所说的阳极板的底端焊接在阳极密封帽上、顶端伸入阴极密封筒内，在阴极密封筒内壁上焊接有与阳极板平行的两个阴极板，所说的阴极板的底端插入阴极板定位孔内。在线真空监测时，在阴极密封筒上对应阳极板上孔左右两侧位置分别放置有与阳极板平行的永久磁场。由于供电线路对地存在交流电压，如10KV供电线路对地存在5730V交流电压，根据潘宁放电原理，该电压在孔内产生旋转的离子流，气体密度越大，离子流越大。

在2000年12月06日授权公告的、授权公告号为CN 2409528Y的中国实用新型专利说明书中，公布了一种名称为“10KV真空开关在线真空监测装置”。如图1所示，离子柱的一端与真空开关管的全量程传感器的阳极板相连，另一端接地，相间电压为10KV/35KV，每一项对地存在5730V或者更高的交流电压，通过全量程传感器，对应于不同管内的压强，在离子柱中产生相应的离子流，通过取样电阻进行电信号取样后，通过信号采集，处理后，最终显示出来，实现在线监测。

图2是图1所示离子柱的电原理图，其由绝缘外壳，依次紧固在绝缘外壳内的分压电阻、二极管、取样电阻和隔离电阻组成。如图2所示，真空开关真空度在线监测是在全量程传感器的阳极接离子柱，在离子柱的取样电阻处即信号采集端取得反映真空开关真空度的采样电压，然后通过信号采集、处理、显示完成的。但是，信号采集端存在泄漏高压的可能，一旦发生故障，对操作人员的人生安全造成极大的威胁。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种真空开关真空度在线监测系统，以提高操作的安全性。

为实现上述发明目的，本发明真空开关真空度在线监测系统，包括：

一全量程传感器，用于获取反映真空开关真空度的高压传感信号；

一离子柱，一端连接到全量程传感器的高压传感信号、另一端接地，其取样电阻两端作为信号采集端，获取反映真空开关真空度的真空度传感信号；

一信号处理、显示电路板；

其特征在于，还包括：

一信号采集板，与信号采集端连接，用于对信号采集端上的真空度传感信号进行采集，转换为数字的真空度传感数据；信号采集板上带有一储能电容；

一发光二极管电路板，信号处理、显示电路板为发光二极管电路板进行供电，其上的发光二极管发光，使电能转换为光能；

一硅光太阳能电池板，接收发光二极管的光能，并转换为电能；硅光太阳能电池板获得能量后再向信号采集板的储能电容充电，当储能电容上的电压达到预定值后，信号采集电路板开始工作，进行采集；

一红外信号发送模块，与信号采集电路板连接，用于将采集到的真空度传感数据通过红外信号发送出去；

一红外信号接收模块，用于接收红外信号，得到采集的真空度传感数据，并传输到信号处理、显示电路板进行处理，显示出监测的真空开关真空度，实现在线监测。

真空度传感数据采集活动结束，用于能量传送的发光二极管熄灭，信号采集电路板无电停止工作。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明真空开关真空度在线监测系统，由全量程传感器、离子柱以及信号采集板以及硅光太阳能电池板、红外信号发射模块组成高压端，在高压端通过取样电阻获取反映真空开关真空度的真空度传感信号，然后通过信号采集板转换为数字的真空度传感数据，采集到的真空度传感数据通过红外信号发送出去；由信号处理、显示电路板、发光二极管电路板以及红外信号接收模块组成低压端，在低压端通过红外信号接收模块接收来自高压端的红外信号，得到采集的真空度传感数据，并传输到信号处理、显示电路板进行处理，显示出监测的真空开关真空度，实现在线监测。真空度传感数据的采集存在泄漏高压的可能，一旦发生故障，对操作人员的人生安全造成极大的威胁，所以在操作人员一侧必须增加强而有效的高压隔离措施，以保证操作人员的人生安全。在本发明中，从高压端的真空度传感数据的采集到低压端真空度传感数据的处理、显示包括两个的传输通路，一个是信号传输通路，另外一路为光能传输通路。信号传输通路通过红外方式，当然也可以通过光纤等方式实现采集真空度传感数据的高压隔离；信号采集板的供电则比较麻烦，小体积变压器要隔离如此高的电压几乎是不现实的，而且考虑到最终量产时信号采集板所需的功率很小，采集的频率也不会太频繁，为此本发明中信号采集板上安装一块小功率的硅光太阳电池能板，为信号采集板进行供电，而硅光太阳能电池板是通过发光二极管电路板发光提供的照明来提供能量。这样实现了高压端即信号采集端到低压端即操作人员一侧的电气隔离，提高了操作的安全性。

附图说明

图1是现有技术的真空开关真空度在线监测系统的原理图；

图2是图1所示离子柱的电原理图；

图3是本发明真空开关真空度在线监测系统一种具体实施方式的结构图；

图4是图3所示真空开关真空度在线监测系统的工作原理图。

图5是图3所示真空开关真空度在线监测系统一具体实施方式下的气体压强与离子流的关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图3是本发明真空开关真空度在线监测系统的结构图。

在本实施例中，如图1所示，当要让信号采集板1工作时，先用信号处理、显示板2为发光二极管电路板3进行供电，其上的发光二极管发光，使电能转换为光能，硅光太阳能电池板4接收光照，再使光能转换为电能，硅光太阳能电池板4获得能量后再向信号采集板1上的储能电容充电，当储能电容上的电压达到预定值后信号采集板1开始工作，并将采集到的真空度传感数据通过红外信号发送模块5用红外信号发送给红外信号接收模块6，最后传输到信号处理、显示板2，信号处理、显示板2收到红外信号后本次采集活动结束，信号处理、显示板2停止为发光二极管电路板3进行供电，其上的发光二极管熄灭，信号采集板1无电停止工作。信号处理、显示板2可以用相同的方法连续接收多个信号采集板1的信号，并将采集到的真空度传感数据按时间进行存储、显示、或按要求向上位机传送。这样，只要信号采集板1和信号处理、显示板2的空气隔离距离能够保证，就充分确保了二者之间的电气隔离，能够做到即使信号采集端，即高压端发生故障，高压串扰到信号采集板1，也能保证信号处理、显示侧的操作人员的人生安全，解决了其在线真空度检测的安全性这一最重要的因素。

图4是图3所示真空开关真空度在线监测系统的工作原理图。

在本实施例中，如图4所示，当需要进行真空度传感数据的采集时，发光二极管电路3上的发光二极管发光，光能传输，由硅光太阳能电池板4接收，然后为信号采集板1供电，即向储能电容充电，当储能电容上的电压达到预定值后信号采集板1开始工作，并将采集到的真空度传感数据用红外信号发送出去，经过信号传输后，由红外信号接收模块6接收，并传输到信号处理、显示板2，信号处理、显示板2收到红外信号后，经过真空度传感数据的处理，最终显示出来，实现真空开关真空度在线监测。当本次采集活动结束时，信号处理、显示板2停止为发光二极管电路板3进行供电，其上的发光二极管熄灭，信号采集板1无电停止工作。

在本实施例中，发光二极管电路板3用24颗发光二极管构成，发光二级管采用首尔半导体公司(SSC)的型号为LW514，其具有高亮度的特点，最高为25,000mcd，适合于本发明的能量传输。硅光太阳能电池板4采用多晶硅35mm×5mm，储能电容采用两个1000u/6.3V的电解电容并联组成。红外信号发送模块、接收模块型号分别采用日本Sharp公司的GL4800E0000F和美国Vishay公司的TSOP123，这样组成两个传输通道。

在本实施例中，如图5所示，离子流随气体压强的增加，即真空度的减小而增加，通过测量离子流的大小，即可获得真空开关真空度的大小。具体测量离子流是通过测量离子体的取样电阻的电压来实现的，具体如表1所示。

真空度＜5×10^-3Pa	电压＜1.5V
		真空度5×10^-3Pa	电压1.5V～2.5V
真空度1×10^-2Pa	电压2.5V～4V
		真空度5×10^-2Pa	电压4V～4.5V
真空度1×10^-1Pa	电压4.5V～5V
		真空度＞1×10^-1Pa	电压5V～6V

表1

表1反映了气体压强，即真空度与取样电压，即真空度传感信号关系。

现有技术，如背景技术上所述的真空开关真空度在线监测系统是在电压区间上进行一个点的采集，然后再与各级电压进行比较，最后进行显示，具有偶然误差性。在本实施例中，在把真空度传感信号都转化为数字信号，把物理量数字化的基础上，然后在信号处理、显示电路板上通过对多次采集的真空度传感数据取平均值，从而消除了偶然误差带来的错误显示，提高了监测的精度。同时，如图3所示，在信号传输通路与能量传输通路之间有隔离板，在物理上对两个传输通道进行隔离，使两个通路之间没有相互的干扰，近一步保证信号传输的精度要求。

真空开关真空度在线监测系统不仅保证了与一次侧，即高压端的高压电气隔离，保障了二次侧，即低压端操作人员的人生安全，同时，两路传输通路的隔离能够有效的消除二者之间的干扰，提高真空度传感数据的传输精度，消除信号的传输误差，实现了与高压端电气隔离、高精度的在线监测。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims

1.一种真空开关真空度在线监测系统，包括：

一信号处理、显示电路板；

其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的真空开关真空度在线监测系统，其特征在于，真空度传感数据采集活动结束，用于能量传送的发光二极管熄灭，信号采集板无电停止工作。

3.根据权利要求1所述的真空开关真空度在线监测系统，其特征在于，在信号传输通路与能量传输通路之间有隔离板，在物理上对两个传输通路进行隔离，使两个通路之间没有相互的干扰。