CN111063580B - 一种断路器灭弧室真空度带电检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种断路器灭弧室真空度带电检测装置及方法，属于电力系统电气设备缺陷检测技术领域。该装置包括He‑Ne激光器、硅片、第一聚焦器、斩波器、第二聚焦器、第三聚焦器、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第五聚焦器、第四聚焦器、热释电红外探头这些部件。本发明检测装置能够实现真空断路器真空度检修的常态化，及时可靠的发现安全隐患，确保系统的安全，具有价格低廉，成像速度快、携带方便、测试稳定等优点。

Description

一种断路器灭弧室真空度带电检测装置及方法

技术领域

本发明属于电力系统电气设备缺陷检测技术领域，具体涉及一种断路器灭弧室真空度带电检测装置及方法。

背景技术

真空断路器以真空作为灭弧介质，具有分断能力强、电寿命长、电弧不外露和运行可靠等优点，真空介质与油介质和SF6比较，介质没有火灾和爆炸的危险。由于随着真空断路器使用年限增加，灭弧室真空度会下降，在电场作用下，动触头和静触头发射出的电子和离子与气体分子发生碰撞概率增加，灭弧室内带电粒子足够多时会形成击穿，难以保证绝缘和灭弧性能，无法可靠分断短路电流甚至负荷电流，危及供配电系统安全。因此，对真空断路器真空度进行检测具有重要意义。

真空度离线式检测方法具有检测设备相对简单、精确度高、性价比高、灵活性好、操作方便等优点，在真空度检测领域应用范围较广，且技术成熟，但定期停机检查真空度造成的不便成为制约该类方法发展的最主要因素。

真空度带电式检测方法可实时检测真空度，及时发现真空度的劣化，但目前的方法存在精度较低、成本高、抗干扰能力和稳定性较差等问题，且大部分只限于实验室应用，未得到广泛应用。因此如何克服现有技术的不足是目前电力系统电气设备缺陷检测技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种断路器灭弧室真空度带电检测装置，该装置能够实现真空断路器真空度检修的常态化，及时可靠的发现安全隐患，确保系统的安全。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种断路器灭弧室真空度带电检测装置，包括He-Ne激光器、硅片、第一聚焦器、斩波器、第二聚焦器、第三聚焦器、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第四聚焦器、第五聚焦器、热释电红外探头；

He-Ne激光器发射出的激光透过硅片经第一聚焦器将光束聚焦，斩波器放在此焦点处，穿过斩波器的光束经过第二聚焦器、第三聚焦器、第一平面反射镜聚焦到真空灭弧室表面上形成光斑，第一平面反射镜、第二平面反射镜和光斑构成等边三角形；

光束透射真空灭弧室表面后经由其金属屏蔽层反射而出，通过第二平面反射镜反射，再依次通过第四聚焦器、第五聚焦器聚焦，将光束聚焦到热释电红外探头。

进一步，优选的是，等边三角形边长为8厘米。

进一步，优选的是，透过硅片的激光以垂直向下的角度入射到第一聚焦器，之后经第一聚焦器将光束聚焦，斩波器放在此焦点处，穿过斩波器的光束水平入射到第二聚焦器，第二聚焦器与第一聚焦器在同一高度；在第二聚焦器的正下方放置有第三聚焦器；

从第二聚焦器反射出来的光束以垂直向下的角度入射到第三聚焦器；

第三聚焦器反射出来的光束以水平入射到第一平面反射镜，经第一平面反射镜反射后光束聚焦到真空灭弧室表面上形成光斑；

第二聚焦器、第三聚焦器、第一平面反射镜与第二平面反射镜、第四聚焦器、第五聚焦器对称设置。

进一步，优选的是，第一平面反射镜所在平面与真空灭弧室表面夹角为30°。

进一步，优选的是，He-Ne激光器功率稳定性为功率稳定性为±5%，采用THz激光工作频率在0.3-2.52THz的范围内可调，输出功率在50mW-100mW的范围内可调。

本发明同时提供一种断路器灭弧室真空度带电检测方法，采用上述断路器灭弧室真空度带电检测装置进行检测。

本发明是通过下列具体技术方案来实现的：玻璃外壳材质的真空灭弧室回波损耗较小，而陶瓷材质的真空灭弧室回波损耗较大。针对不同厚度的陶瓷材料，0.3THz-2.52THz传输损耗在-60dB到-138dB之间。对于玻璃外壳的真空灭弧室，试验中采用可调频的激光光源，进行频率调制和幅值调制辐射到玻璃外壳的真空灭弧室，气体吸收光能产生周期性的发热，在密闭光声腔里产生压力波动，波动频率与光源调制频率相同，通过相应传感器进行检测。不同的真空度（压力）下，气体的浓度不同，在探头处可检测到其光谱，根据光谱的特征变化作为真空度的量度。

对于陶瓷外壳的灭弧室，研究发现对射线入射后经由屏蔽层反射出灭弧室的回波光谱信息分析表明：真空度对回波损耗影响较大，同样入射功率的射线，对于不同真空度的灭弧室回波信号强度规律如下：回波光谱信号强度与灭弧室真空度成反比，真空度越好，信号强度越弱，如图1所示。

因此，可以基于上述内容形成统一的定量判据，对真空度作出综合评估，提高评估结果的可靠性。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明提供的断路器灭弧室真空度带电检测装置能够实现真空断路器真空度检修的常态化，及时可靠的发现安全隐患，确保系统的安全，具有价格低廉，成像速度快、携带方便、测试稳定等优点。

目前市场上存在的在线检测真空度方法限于实验室应用，应用过程较为繁琐，可靠性不高，故未形成推广。

本方法可获取高灵敏度、高准确度的测量数据，现场对真空断路器进行带电检测，实现高灵敏度检测、多特征量分析，有效把握真空断路器运行状态。

附图说明

图1为回波光谱信号强度与真空度的关系；

图2为真空度光谱检测结构示意图；

其中，1、He-Ne激光器；2、硅片；3、第一聚焦器；4、斩波器；5、第二聚焦器；6、第三聚焦器；7、第一平面反射镜；8、第二平面反射镜；9、真空灭弧室；10、第五聚焦器；11、第四聚焦器；12、热释电红外探头。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图2所示，一种断路器灭弧室真空度带电检测装置，包括He-Ne激光器1、硅片2、第一聚焦器3、斩波器4、第二聚焦器5、第三聚焦器6、第一平面反射镜7、第二平面反射镜8、第四聚焦器10、第五聚焦器11、热释电红外探头12；

He-Ne激光器1发射出的激光透过硅片2经第一聚焦器3将光束聚焦，斩波器4放在此焦点处，穿过斩波器4的光束经过第二聚焦器5、第三聚焦器6、第一平面反射镜7聚焦到真空灭弧室9表面上形成光斑，第一平面反射镜7、第二平面反射镜8和光斑构成等边三角形；

光束透射真空灭弧室9表面后经由其金属屏蔽层反射而出，通过第二平面反射镜8反射，再依次通过第四聚焦器10、第五聚焦器11聚焦，将光束聚焦到热释电红外探头12。

优选，等边三角形边长为8厘米。

优选，透过硅片2的激光以垂直向下的角度入射到第一聚焦器3（硅片2的角度可调节），之后经第一聚焦器3将光束聚焦，斩波器4放在此焦点处，穿过斩波器4的光束水平入射到第二聚焦器5，第二聚焦器5与第一聚焦器3在同一高度；在第二聚焦器5的正下方放置有第三聚焦器6；

从第二聚焦器5反射出来的光束以垂直向下的角度入射到第三聚焦器6；

第三聚焦器6反射出来的光束以水平入射到第一平面反射镜7，经第一平面反射镜7反射后光束聚焦到真空灭弧室9表面上形成光斑；

第二聚焦器5、第三聚焦器6、第一平面反射镜7与第二平面反射镜8、第四聚焦器10、第五聚焦器11对称设置，即关于真空灭弧室中心对称放置。

优选，第一平面反射镜7所在平面与真空灭弧室表面夹角为30°。

优选，He-Ne激光器1功率稳定性为±5%，采用THz激光工作频率在0.3-2.52THz的范围内可调，输出功率在50mW-100mW的范围内可调。

优选，本发明装置中He-Ne激光器1、硅片2、第一聚焦器3、斩波器4、第二聚焦器5、第三聚焦器6、第一平面反射镜7、第二平面反射镜8、第四聚焦器10、第五聚焦器11和热释电红外探头12固定安装在盒子中，这样可以方便携带，使得真空度检修的常态化。

一种断路器灭弧室真空度带电检测方法，采用上述述的断路器灭弧室真空度带电检测装置进行检测；具体的是：

通过热释电红外探头12得到THz信号波形图，从而得到在此真空度下的回波损耗，根据回波损耗与真空度变化的对应规律，进而得到以THz（太赫兹）信号为测量手段形成真空度定量判据，即THz（太赫兹）光谱技术下的真空度定标波形。

本发明方法是基于真空度对THz射线光谱的影响规律研究来进行的，可实现对断路器真空度带电情况下的检测；

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种断路器灭弧室真空度带电检测装置，其特征在于，包括He-Ne激光器（1）、硅片（2）、第一聚焦器（3）、斩波器（4）、第二聚焦器（5）、第三聚焦器（6）、第一平面反射镜（7）、第二平面反射镜（8）、第四聚焦器（10）、第五聚焦器（11）、热释电红外探头（12）；

He-Ne激光器（1）发射出的激光透过硅片（2）经第一聚焦器（3）将光束聚焦，斩波器（4）放在此焦点处，穿过斩波器（4）的光束经过第二聚焦器（5）、第三聚焦器（6）、第一平面反射镜（7）聚焦到真空灭弧室（9）表面上形成光斑，第一平面反射镜（7）、第二平面反射镜（8）和光斑构成等边三角形；

光束透射真空灭弧室（9）表面后经由其金属屏蔽层反射而出，通过第二平面反射镜（8）反射，再依次通过第四聚焦器（10）、第五聚焦器（11）聚焦，将光束聚焦到热释电红外探头（12）。

2.根据权利要求1所述的断路器灭弧室真空度带电检测装置，其特征在于，等边三角形边长为8厘米。

3.根据权利要求1所述的断路器灭弧室真空度带电检测装置，其特征在于，透过硅片（2）的激光以垂直向下的角度入射到第一聚焦器（3），之后经第一聚焦器（3）将光束聚焦，斩波器（4）放在此焦点处，穿过斩波器（4）的光束水平入射到第二聚焦器（5），第二聚焦器（5）与第一聚焦器（3）在同一高度；在第二聚焦器（5）的正下方放置有第三聚焦器（6）；

从第二聚焦器（5）反射出来的光束以垂直向下的角度入射到第三聚焦器（6）；

第三聚焦器（6）反射出来的光束以水平入射到第一平面反射镜（7），经第一平面反射镜（7）反射后光束聚焦到真空灭弧室（9）表面上形成光斑；

第二聚焦器（5）、第三聚焦器（6）、第一平面反射镜（7）与第二平面反射镜（8）、第四聚焦器（10）、第五聚焦器（11）对称设置。

4.根据权利要求1所述的断路器灭弧室真空度带电检测装置，其特征在于，第一平面反射镜（7）所在平面与真空灭弧室表面夹角为30°。

5.根据权利要求1所述的断路器灭弧室真空度带电检测装置，其特征在于，He-Ne激光器（1）功率稳定性为±5%，采用THz激光工作频率在0.3-2.52THz的范围内可调，输出功率在50mW-100mW的范围内可调。

6.一种断路器灭弧室真空度带电检测方法，其特征在于，采用权利要求1~5任意一项所述的断路器灭弧室真空度带电检测装置进行检测。

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