CN112017907A - 一种真空断路器真空度劣化非接触探测方法及其预警装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空断路器真空度劣化非接触探测预警装置，包括信号采集部分、信号调理部分和微处理单元部分，所述信号采集部分包括A相、B相和C相三路电场探测元件和多路复用通道，三路所述电场探测元件位于真空断路器中A相、B相、C相三个灭弧室外部，三路所述电场探测元件通过连接电路与多路复用通道连接。本发明通过电场探测元件捕捉放电高频脉冲，可以间接监测到灭弧室屏蔽罩处电位的变化，从而准确地了解灭弧室真空度状况，当真空度劣化到极限值时发出报警，由于检测元件采用的是非接触式电场探测元件，因此，真空度检测无需停电维修，真正意义上实现了真空度在线监测。

Description

一种真空断路器真空度劣化非接触探测方法及其预警装置
技术领域
本发明涉及真空度在线检测技术领域，具体涉及一种真空断路器真空度劣化非接触探测方法及其预警装置。
背景技术
真空断路器内部气体压力是决定其性能的主要原因，灭弧室气体压力的劣化不仅会降低真空开关耐受系统电压的能力，而且极难有效地断开故障电流。因此，真空断路器的广大用户都迫切需要对运行中断路器灭弧室的真空度进行监测。尽管国家执行了真空断路器定期检修制度，但因无法对真空度进行现场检测，只能通过行业检测机构的高压试验验证，以及受国内真空泡技术水平的限制，两次检修期间发生真空泄漏导致开关爆炸的事故时有发生。事实上，真空断路器复杂的密封结构也不允许用户以常规手段检修。
在线检测是在不改动开关主体结构及运行状态的前提下，实时检测断路器真空度变化的技术手段。目前，国内外还无法实现真空度的直接测量，在线检测主要采用间接方法，如电光变换法、耦合电容法、放电电流法、超声波法、电弧电压法等，这些方法都是采用相应的传感器监测真空断路器真空度下降时所产生的信号，然后对信号作相应的处理得到真空度信息。但这些方法在检测断路器时所采用的都是接触式的传感器，需要将传感器设置在真空断路器的真空腔内，这样不仅改变了真空断路器的内部结构，而且在安装用于检测真空度的装置时施工也比较困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种真空断路器真空度劣化非接触探测方法及其预警装置，以解决现有技术中的上述不足之处。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种真空断路器真空度劣化非接触探测预警装置，包括信号采集部分、信号调理部分和微处理单元部分，所述信号采集部分包括A相、B相和C相三路电场探测元件和多路复用通道，三路所述电场探测元件位于真空断路器中A相、B相、C相三个灭弧室外部，三路所述电场探测元件通过连接电路与多路复用通道连接，所述信号处理部分包括放电特征信号提取电路和脉冲整形电路，所述多路复用通道通过连接电路与放电特征信号提取电路连接，所述放电特征信号提取电路通过连接电路与脉冲整形电路连接，所述微处理单元部分包括微处理器5、铁电存储器8、RS485通信电路和报警输出电路，所述微处理器5分别通过连接电路与报警输出电路、RS485通信电路和铁电存储器8连接，且所述微处理器5通过反馈电路与多路复用通道连接。
一种真空断路器真空度劣化非接触探测方法，包括以下步骤：
步骤一、信号采集：由非接触的电场探测元件捕获到因灭弧室真空度劣化而产生的高频脉冲信号，通过屏蔽线传输到远离高压的安全区，电场探测元件采集到的高频信号幅值在10～18mV之间，中心频率在11.5～12.5KHz左右；
步骤二、信号调理：通过放电特征信号提取电路，将中心频率为12KHz、带宽为5KHz～12KHz的高频信号识别出来，同时把50Hz以下低频信号滤除，把因真空度劣化产生的特征信号提取出来，并由脉冲整形电路输出为微处理器可识别的序列信号；
步骤三、数据分析与处理：微处理器5从脉冲整形电路直接读取序列信号，通过计时器计算出信号的频率，如果频率大于设定值，表明灭弧室真空度劣化已到了极限值，则通过报警输出电路发出告警信号。
优选的，所述的微处理单元部分软件流程如下：
步骤S101：程序初始化，设置标志位；
步骤S102：对多路复用通道进行控制，选择A相或B相或C相电场探测元件中的其中一路检测信号进入放电特征信号提取电路；
步骤S103：对工频信号及放电脉冲信号提取电路进行一次自检，生成自检信号；
步骤S104：判断信号提取回路是否有故障，如果有故障，则装置输出故障报警；
步骤S105：如果无故障，启动定时器脉冲计数，并计算出信号频率；
步骤S106：判断真空度是否异常，如果信号频率大于设定值，说明真空度异常，则发出真空度异常报警信号；如果信号频率小于设定值，说明真空度正常，则程序返回至S103。
优选的，所述电场探测元件包括铝合金平板所述铝合金平板设置为倒L型平板结构，所述铝合金平板的背部和顶部均粘合有环氧树脂板提取电路，所述铝合金平板的底部设置有同轴电缆，所述同轴电缆为引出线。
优选的，所述放电特征信号提取电路由一个二阶带通滤波器和一个一阶高通滤波器串联组成。
在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
本发明利用当灭弧室真空度下降时，由于灭弧能力劣化，断路器触头与灭弧罩之间会发生局部放电现象，形成放电高频脉冲，而通过电场探测元件捕捉放电高频脉冲，可以间接监测到灭弧室屏蔽罩处电位的变化，从而准确地了解灭弧室真空度状况，当真空度劣化到极限值时发出报警。由于检测元件采用的是非接触式电场探测元件，因此，真空度检测无需停电维修，真正意义上实现了真空度在线监测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的预警装置硬件组成示意图；
图2是本发明的非接触电场探测原理图；
图3时本发明的特征信号检测电路原理图；
图4是本发明的微处理单元软件流程图。
附图标记说明：
1、电场探测元件；101、铝合金平板；102、环氧树脂板；103、同轴电缆；2、多路复用通道；3、放电特征信号提取电路；4、脉冲整形电路；5、微处理器；6、报警输出电路；7、RS485通信电路；8、铁电存储器；9、断路器；10、操动机构金属壳体。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
如图1-4所示的一种真空断路器真空度劣化非接触探测预警装置，包括信号采集部分、信号调理部分和微处理单元部分，所述信号采集部分包括A相、B相和C相三路电场探测元件1和多路复用通道2，三路所述电场探测元件1位于真空断路器中A相、B相、C相三个灭弧室外部，三路所述电场探测元件1通过连接电路与多路复用通道2连接，所述信号处理部分包括放电特征信号提取电路3和脉冲整形电路4，所述多路复用通道通过连接电路与放电特征信号提取电路3连接，所述放电特征信号提取电路3通过连接电路与脉冲整形电路4连接，所述微处理单元部分包括微处理器5、铁电存储器8、RS485通信电路7和报警输出电路6，所述微处理器5分别通过连接电路与报警输出电路6、RS485通信电路7和铁电存储器8连接，且所述微处理器5通过反馈电路与多路复用通道2连接。
一种真空断路器真空度劣化非接触探测方法，包括以下步骤：
步骤一、信号采集：由非接触的电场探测元件1捕获到因灭弧室真空度劣化而产生的高频脉冲信号，通过屏蔽线传输到远离高压的安全区，电场探测元件1采集到的高频信号幅值在10～18mV之间，中心频率在11.5～12.5KHz左右；
步骤二、信号调理：通过放电特征信号提取电路3，将中心频率为12KHz、带宽为5KHz～12KHz的高频信号识别出来，同时把50Hz以下低频信号滤除，把因真空度劣化产生的特征信号提取出来，并由脉冲整形电路4输出为微处理器可识别的序列信号；
步骤三、数据分析与处理：微处理器5从脉冲整形电路4直接读取序列信号，通过计时器计算出信号的频率，如果频率大于设定值，表明灭弧室真空度劣化已到了极限值，则通过报警输出电路6发出告警信号。
进一步的，在上述技术方案中，所述的微处理单元部分软件流程如下：
步骤S101：程序初始化，设置标志位；
步骤S102：对多路复用通道2进行控制，选择A相或B相或C相电场探测元件1中的其中一路检测信号进入放电特征信号提取电路3；
步骤S103：对工频信号及放电脉冲信号提取电路进行一次自检，生成自检信号；
步骤S104：判断信号提取回路是否有故障，如果有故障，则装置输出故障报警；
步骤S105：如果无故障，启动定时器脉冲计数，并计算出信号频率；
步骤S106：判断真空度是否异常，如果信号频率大于设定值，说明真空度异常，则发出真空度异常报警信号；如果信号频率小于设定值，说明真空度正常，则程序返回至S103。
进一步的，在上述技术方案中，所述电场探测元件1包括铝合金平板101所述铝合金平板101设置为倒L型平板结构，所述铝合金平板101的背部和顶部均粘合有环氧树脂板102，所述铝合金平板101的底部设置有同轴电缆103，所述同轴电缆103为引出线。
进一步的，在上述技术方案中，所述放电特征信号提取电路3由一个二阶带通滤波器和一个一阶高通滤波器串联组成；
实施方式具体为：将电场探测元件1(即接收天线)，安装在断路器9的操动机构金属壳体10的上方，与断路器9是非接触的，当灭弧室真空度劣化时会产生高频脉冲，接收天线捕捉到幅值为十几mV的脉冲信号，中心频率在12KHz左右，通过屏蔽线传输到远离高压的安全区，由电场探测元件1检测到的含有高频干扰的测量信号Ui经过放电特征信号提取电路3中的二阶带通滤波器，将中心频率为12KHz、带宽为5KHz～12KHz有效信号保留下来，同时，为保证有效的高频脉冲信号保留下来，又经过放电特征信号提取电路3中的一阶高通滤波器，滤除50Hz以下的信号，放电特征信号提取电路3的输出为Uo，后经脉冲整形电路后，进入微处理器，带通滤波器的增益KP、中心频率ωo、带宽Δωo分别为：
Figure BDA0002630657990000061
放电特征信号提取电路3的输出信号由脉冲整形电路4输出为微处理器可识别的序列信号，利用微处理器5从脉冲整形电路4直接读取序列信号，通过计时器计算出信号的频率，如果频率大于设定值，表明灭弧室真空度劣化已到了极限值，则通过报警输出电路6发出告警信号进行示警；
整个过程中，当灭弧室真空度下降时，由于灭弧能力劣化，断路器触头与灭弧罩之间会发生局部放电现象，形成放电高频脉冲，通过电场探测元件1捕捉放电高频脉冲，可以间接监测到灭弧室屏蔽罩处电位的变化，从而准确地了解灭弧室真空度状况，当真空度劣化到极限值时发出报警。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (5)

1.一种真空断路器真空度劣化非接触探测预警装置，包括信号采集部分、信号调理部分和微处理单元部分，其特征在于：所述信号采集部分包括A相、B相和C相三路电场探测元件(1)和多路复用通道(2)，三路所述电场探测元件(1)位于真空断路器中A相、B相、C相三个灭弧室外部，三路所述电场探测元件(1)通过连接电路与多路复用通道(2)连接，所述信号处理部分包括放电特征信号提取电路(3)和脉冲整形电路(4)，所述多路复用通道通过连接电路与放电特征信号提取电路(3)连接，所述放电特征信号提取电路(3)通过连接电路与脉冲整形电路(4)连接，所述微处理单元部分包括微处理器(5)、铁电存储器(8)、RS485通信电路(7)和报警输出电路(6)，所述微处理器(5)分别通过连接电路与报警输出电路(6)、RS485通信电路(7)和铁电存储器(8)连接，且所述微处理器(5)通过反馈电路与多路复用通道(2)连接。
2.一种真空断路器真空度劣化非接触探测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、信号采集：由非接触的电场探测元件(1)捕获到因灭弧室真空度劣化而产生的高频脉冲信号，通过屏蔽线传输到远离高压的安全区，电场探测元件(1)采集到的高频信号幅值在10～18mV之间，中心频率在11.5～12.5KHz左右；
步骤二、信号调理：通过放电特征信号提取电路(3)，将中心频率为12KHz、带宽为5KHz～12KHz的高频信号识别出来，同时把50Hz以下低频信号滤除，把因真空度劣化产生的特征信号提取出来，并由脉冲整形电路(4)输出为微处理器可识别的序列信号；
步骤三、数据分析与处理：微处理器(5)从脉冲整形电路(4)直接读取序列信号，通过计时器计算出信号的频率，如果频率大于设定值，表明灭弧室真空度劣化已到了极限值，则通过、报警输出电路(6)发出告警信号。
3.根据权利要求1所述的一种真空断路器真空度劣化非接触探测预警装置，其特征在于：所述的微处理单元部分软件流程如下：
步骤S101：程序初始化，设置标志位；
步骤S102：对多路复用通道(2)进行控制，选择A相或B相或C相电场探测元件(1)中的其中一路检测信号进入放电特征信号提取电路(3)；
步骤S103：对工频信号及放电脉冲信号提取电路进行一次自检，生成自检信号；
步骤S104：判断信号提取回路是否有故障，如果有故障，则装置输出故障报警；
步骤S105：如果无故障，启动定时器脉冲计数，并计算出信号频率；
步骤S106：判断真空度是否异常，如果信号频率大于设定值，说明真空度异常，则发出真空度异常报警信号；如果信号频率小于设定值，说明真空度正常，则程序返回至S103。
4.根据权利要求1所述的一种真空断路器真空度劣化非接触探测预警装置，其特征在于：所述电场探测元件(1)包括铝合金平板(101)所述铝合金平板(101)设置为倒L型平板结构，所述铝合金平板(101)的背部和顶部均粘合有环氧树脂板(102)，所述铝合金平板(101)的底部设置有同轴电缆(103)，所述同轴电缆(103)为引出线。
5.根据权利要求1所述的一种真空断路器真空度劣化非接触探测预警装置，其特征在于：所述放电特征信号提取电路(3)由一个二阶带通滤波器和一个一阶高通滤波器串联组成。
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CN113745049A (zh) * 2021-08-27 2021-12-03 西安交通大学 一种真空灭弧室内真空度监测方法及系统
CN113745049B (zh) * 2021-08-27 2022-07-12 西安交通大学 一种真空灭弧室内真空度监测方法及系统

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