CN202110032U - 一种真空度在线监测装置及真空度在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种真空度在线监测装置，其包括：一探头传感器，用于采集感应电流；一取样电阻，与探头传感器相连接，将探头传感器上的感应电流信号转换成电压信号；一放大电路，与取样电阻相连接，将取样电阻的电压信号放大；一滤波电路，与放大电路相连接，对放大后的电压信号进行滤波；一A/D转换器，与滤波电路相连接，将电压信号进行交、直流分离；一上位机，与A/D转换器相连接，根据A/D转换器的直流电位信号对真空度进行标定。此外，本实用新型还公开了一种真空度在线监测系统，其包括若干个真空度在线监测装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种信号监测装置，尤其涉及一种真空开关灭弧室真空度的监测装置。
背景技术
真空开关的核心部件是真空灭弧室，其以高真空作为绝缘和灭弧介质，对短路电流与负荷电流起着断开和闭合的作用。其真空程度由内部残余气体的压强来表示，压强越低表示灭弧室内真空度越高，当压强高于一定值以后，真空开关将失去其绝缘和开断能力。随着对真空开关运行可靠性要求的不断提高，监测真空灭弧室内真空度的状况，保证灭弧室的电气性能已经成为电力系统急需解决的问题。真空灭弧室的真空度监测方法可以分为离线监测和在线监测两大类。离线监测需要停电进行，为了保证供电的连续性和可靠性，不便对电网长期处于运行或热备用状态的关键开关进行停电检测，因此，研制出一种稳定可靠的真空灭弧室真空度在线监测系统，既是当前面临的重要课题，也是智能化高压电器的发展方向。
目前已经提出的在线监测方法有：电光变换法、耦合电容法、超声波检测法、脉冲电流检测法、三相桥法、通过分压电容检测屏蔽罩放电电流法、检测自闭力的平衡弹簧与千分表法等。其中屏蔽罩电位法首先由日本提出，使用光纤与电光晶体探头测试屏蔽罩电场，但此类探头成本高，无法在生产中大规模推广应用。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种真空度在线监测装置，其基于屏蔽罩电位法，对真空断路器的真空灭弧室真空度进行在线监测。本实用新型所述的真空度在线监测装置采用旋转式电场探头，成本低廉，运行可靠，能够及时获得灭弧室真空度劣化的信息，减少事故发生。
为了实现上述发明目的，本实用新型提供了一种真空度在线监测装置，其包括：
一探头传感器，用于采集感应电流；
一取样电阻，与探头传感器相连接，将探头传感器上的感应电流信号转换成电压信号；
一放大电路，与取样电阻相连接，将取样电阻的电压信号放大；
一滤波电路，与放大电路相连接，对放大后的电压信号进行滤波；
一A/D转换器，与滤波电路相连接，将电压信号进行交、直流分离；
一上位机，与A/D转换器相连接，根据A/D转换器的直流电位信号对真空度进行标定。
灭弧室密封材料漏气，电弧放电过程中触头材料释放的微量气体，都会造成灭弧室内真空度下降。我国有关标准规定：“用以装配真空断路器的真空灭弧室的内部气体压力应低于1.33×10-2Pa，这是指静态条件下的可测参数”。很多文献和实验证明，运行中的真空开关真空度临界值是6.6×10-2Pa，当真空度小于这个数值的时候，真空开关视为无法正常工作。本实用新型所述的真空度在线监测装置通过监测真空开关灭弧室屏蔽罩的直流电位来判断灭弧室内真空度的状况。当施加高电压于真空灭弧室的触头之间时，在触头与触头、触头与屏蔽罩之间都存在电压降。屏蔽罩电位取决于动静触头相对于屏蔽罩的分布电容。屏蔽罩电位分为交流电位和直流电位两个部分，正常情况下，屏蔽罩电位是稳定的；当灭弧室内真空度劣化到一定程度时，屏蔽罩及触头之间会发生局部放电，使屏蔽罩上积累静电荷，呈现出直流电位；随着真空度的持续劣化，屏蔽罩的直流电位也相应的改变。屏蔽罩电位法，就是通过测量屏蔽罩的直流电位，即屏蔽罩上积累的静电荷数量，来监测真空度的方法。
本实用新型所述的真空度在线监测装置通过探头传感器采集感应电流，然后取样电阻将探头传感器上的感应电流信号转换成电压信号，即真空灭弧室的屏蔽罩电位信号输出，然后经过放大电路的放大，滤波电路的滤波，A/D转换器后，输入上位机，上位机根据A/D转换器的直流电位信号对真空度进行标定，评估灭弧室内的真空状态。
优选地，所述探头传感器包括：
一电机；
一固定设置的金属静片，其上设有若干个孔洞；
一金属动片，设于金属静片的上方，与电机的输出轴相连接，该金属动片上设有若干个孔洞。
本技术方案中的金属静片和金属动片均为设有若干个孔洞的金属圆片，其中金属静片与电机固定连接，金属动片可以在电机的驱动作用下高速旋转，当金属动片与金属静片上的孔洞完全重合时，外电场完全被屏蔽，感应电荷为零；当金属动片与金属静片的孔洞不完全重合时，暴露在外电场中的金属静片上会积累感应电荷。
优选地，所述上位机上还设有一报警器，上位机对真空度进行阈值判断，超过阈值时发送电信号至报警器。
基于上述真空度在线监测装置，本实用新型还提供了一种真空度在线监测系统，其包括若干个真空度在线监测装置，每一真空度在线监测装置均包括：
至少一个探头传感器，用于采集感应电流；
一取样电阻，与探头传感器相连接，将探头传感器上的感应电流信号转换成电压信号；
一放大电路，与取样电阻相连接，将取样电阻的电压信号放大；
一滤波电路，与放大电路相连接，对放大后的电压信号进行滤波；
一A/D转换器，与滤波电路相连接，将电压信号进行交、直流分离；
一下位机数据采集装置，与A/D转换器相连接；
此外，所述真空度在线监测系统还包括：
一上位机和CAN总线，CAN总线将各下位机数据采集装置与上位机相连接，上位机根据下位机数据采集装置的直流电位信号对真空度进行标定。
本实用新型所述的真空度在线监测系统用于对多个探头传感器采集到的感应电流进行处理。
优选地，所述探头传感器包括：
一电机；
一固定设置的金属静片，其上设有若干个孔洞；
一金属动片，设于金属静片的上方，与电机的输出轴相连接，该金属动片上设有若干个孔洞。
优选地，所述上位机上还设有一报警器，上位机对真空度进行阈值判断，超过阈值时发送电信号至报警器。
优选地，所述每一真空度在线监测装置上的探头传感器的数量为三个，其分别对三相灭弧室的感应电流分别进行采集。
本实用新型所述的在线监测真空开关灭弧室真空度的装置通过采用上述技术方案，使得其既可以实现对灭弧室真空度的在线连续监测，也可以实现在线间断监测；对灭弧室真空度的监测既可以实现大范围的监测，也可以实现高精度的监测；既可连续在线监测快速漏气的灭弧室，亦可精确地在线监测慢速漏气的灭弧室。
附图说明
图1为真空灭弧室的结构示意图。
图2为本实用新型所述的真空度在线监测装置的结构框图。
图3为本实用新型所述的真空度在线监测系统的结构框图。
图4为在本实用新型的一种实施方式中探头传感器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例来对本实用新型所述的真空度在线监测装置及真空度在线监测系统作进一步说明。
如图1所示，真空灭弧室P内设有一对相对设置的触头1，其中一个为动触头，另一个为静触头，真空灭弧室P内、触头1的外围设有屏蔽罩2。当施加高电压于真空灭弧室的触头1之间时，在两个触头1之间、触头1与屏蔽罩2之间都存在电压降。屏蔽罩2的电位取决于动静触头相对于屏蔽罩2的分布电容。屏蔽罩电位分为交流电位和直流电位两个部分，正常情况下，屏蔽罩电位是稳定的；当真空灭弧室P内真空度劣化到一定程度时，屏蔽罩2及触头1之间会发生局部放电，使屏蔽罩2上积累静电荷，呈现出直流电位，随着真空度的持续劣化，屏蔽罩2的直流电位也相应的改变。
如图2所示，本实施例中的真空度在线监测装置包括探头传感器，其用于采集感应电流，取样电阻与探头传感器相连接，将探头传感器上的感应电流信号转换成电压信号；经过转换的电压信号经过放大电路的放大，再由滤波电路进行滤波，然后由A/D转换器将经过上述处理的电压信号进行交、直流分离后传输给上位机，上位机根据A/D转换器的直流电位信号对真空度进行标定。
图3显示了在另一种实施方式中的真空度在线监测系统，其用于对多个真空断路器进行监测，其中每一个真空断路器具有三相灭弧室，A、B、C三个探头传感器分别采集三相灭弧室的感应电流，取样电阻将探头传感器上的感应电流信号转换成电压信号；然后放大和滤波电路将三路电压信号进行放大和过滤处理，经A/D转换器的处理将电压信号进行交、直流分离；然后传输至下位机数据采集装置，即每一个下位机数据采集装置对应三个探头传感器，对一个真空断路器的三相进行监测。在本实施例中，多个下位机数据采集装置通过CAN总线与上位机连接，上位机通过CAN总线读取指定通道的数据，根据直流电位对真空度进行标定，在控制面板上显示各真空灭弧室真空度、交流电位和直流电位的数值，并将数据存储在F1ash中，当真空度超过阈值时，进行声光报警。采用CAN总线是因为其抗干扰性能极好，不仅增加了系统可靠性(与RS485总线相比)，也减少了连线芯数(与以太网通讯相比)，并具有较高的通讯速率，既能采集和处理传感器输出信号，又能进行远距离高速通讯。
本技术方案的各实施方式中所采用的探头传感器的结构如图4所示，该探头传感器包括微电机43；固定设置的金属静片42，其上设有若干个孔洞；金属动片41，其设于金属静片42的上方，并与微电机43的输出轴相连接，在微电机43的驱动作用下高速转动，金属动片41上也设有若干个孔洞。当金属动片41转动至与金属静片42上的孔洞完全重合时，外电场完全被屏蔽，感应电荷为零；当金属动片41转动至与金属静片42的孔洞不完全重合的位置时，暴露在外电场中的金属静片42上会积累感应电荷。
要注意的是，以上列举的仅为本实用新型的具体实施例，显然本实用新型不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种真空度在线监测装置，其特征在于包括：
一探头传感器，用于采集感应电流；
一取样电阻，与探头传感器相连接，将探头传感器上的感应电流信号转换成电压信号；
一放大电路，与取样电阻相连接，将取样电阻的电压信号放大；
一滤波电路，与放大电路相连接，对放大后的电压信号进行滤波；
一A/D转换器，与滤波电路相连接，将电压信号进行交、直流分离；
一上位机，与A/D转换器相连接，根据A/D转换器的直流电位信号对真空度进行标定。
2.如权利要求1所述的真空度在线监测装置，其特征在于，所述探头传感器包括：
一电机；
一固定设置的金属静片，其上设有若干个孔洞；
一金属动片，设于金属静片的上方，与电机的输出轴相连接，该金属动片上设有若干个孔洞。
3.如权利要求1所述的真空度在线监测装置，其特征在于，所述上位机上还设有一报警器，上位机对真空度进行阈值判断，超过阈值时发送电信号至报警器。
4.一种真空度在线监测系统，其特征在于，包括若干个真空度在线监测装置，每一真空度在线监测装置包括：
至少一个探头传感器，用于采集感应电流；
一取样电阻，与探头传感器相连接，将探头传感器上的感应电流信号转换成电压信号；
一放大电路，与取样电阻相连接，将取样电阻的电压信号放大；
一滤波电路，与放大电路相连接，对放大后的电压信号进行滤波；
一A/D转换器，与滤波电路相连接，将电压信号进行交、直流分离；
一下位机数据采集装置，与A/D转换器相连接；
所述真空度在线监测系统还包括：
一上位机和CAN总线，CAN总线将各下位机数据采集装置与上位机相连接，上位机根据下位机数据采集装置的直流电位信号对真空度进行标定。
5.如权利要求4所述的真空度在线监测系统，其特征在于，所述探头传感器包括：
一电机；
一固定设置的金属静片，其上设有若干个孔洞；
一金属动片，设于金属静片的上方，与电机的输出轴相连接，该金属动片上设有若干个孔洞。
6.如权利要求4所述的真空度在线监测系统，其特征在于，所述上位机上还设有一报警器，上位机对真空度进行阈值判断，超过阈值时发送电信号至报警器。
7.如权利要求4所述的真空度在线监测系统，其特征在于，所述每一真空度在线监测装置上的探头传感器的数量为三个。
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