CN202110999U

CN202110999U - 一种在线监测智能开关柜真空开关灭弧室真空度的装置

Info

Publication number: CN202110999U
Application number: CN2011201777160U
Authority: CN
Inventors: 崔静; 于龙; 徐克峰; 安立勇; 姜东升; 孙忠庆
Original assignee: SHANDONG LUYITONG INTELLIGENT ELECTRICAL CO Ltd
Current assignee: SHANDONG LUYITONG INTELLIGENT ELECTRICAL CO Ltd
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2021-05-30

Abstract

本实用新型公开了一种在线监测智能开关柜真空开关灭弧室真空度的装置，其包括：三个励磁线圈装置，其分别对应设置于三相灭弧室的外侧，所述各励磁线圈装置均包括：一弧形励磁线圈外壳，其内设有励磁线圈；一中空的引线柱，其一端与弧形励磁线圈外壳连接，其另一端设有一励磁电流输入端，励磁线圈的引线设于引线柱内，与励磁电流输入端连接；一中空的离子柱，其一端与弧形励磁线圈外壳连接，其另一端设有一励磁电流输出端；一屏蔽罩引出线延伸至离子柱内，并与一高压电阻和一采样电阻在离子柱内串联连接后，与励磁电流输出端连接；一测控单元，其与三个励磁线圈装置分别连接；一充电电容，其与测控单元连接；一通信单元，其与测控单元连接。

Description

一种在线监测智能开关柜真空开关灭弧室真空度的装置

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

现在国内有10kV～35kV真空开关柜上百万台，在运行中不时有真空灭弧室损坏爆炸的事故发生，因此急需一种可靠、精确、实用的真空灭弧室真空度在线监测装置。

目前，国内外对于真空开关灭弧室真空度的在线监测方法主要有屏蔽罩电位法、微型冷阴极磁控计法、自闭力法、放电声发射检测法和局部放电法等。利用屏蔽罩电位的变化在线监测真空灭弧室内的真空度首先由日本提出，一般是采用非接触的方法通过监测屏蔽罩附近的电场来实现。由于真空开关灭弧室内的真空度正常或劣化时，其屏蔽罩电位的变化微弱，致使该方法无法在生产中推广应用。

公开日为1998年12月2日，公开号为CN2299315，名称为“真空开关在线真空度劣化报警装置”的中国专利文献公开了一种真空开关在线真空度劣化报警装置，其是从真空灭弧室的中间屏蔽罩上引出信号线，经分压电容接入电流放大电路，以驱动报警电路。该装置只要真空灭弧室的真空度下降到1.33×10^-1Pa以下就自动报警。真空开关真空度的合格标准为10^-2Pa以上，故该装置的缺点是测量精度低。

公开日为2010年9月1日，公开号为CN201569538，名称为“一种反磁控冷阴极脉冲放电真空开关真空度在线监测装置”的中国专利文献公开了一种反磁控冷阴极脉冲放电真空开关真空度在线监测装置，其实现方案是在真空灭弧室静导电杆上加装一个微型的基于冷阴极磁控放电的真空度传感器。其中真空度传感器的放电部分是一个工作于脉冲放电测量模式的实用二极型反磁控放电规管，规管放电所需要的高压脉冲电源由高能电池锂亚硫酰氯电池经过DC/DC升压电路变换得到，放电的发生及真空度的测量由一个单片微处理器控制，测量结果通过光纤传送至外部接收装置。该装置的优点是利用了高真空区域中比较成熟的冷阴极放电法测量真空度的技术，可适用于各电压等级的真空灭弧室。但是该装置需要对真空灭弧室进行改造。

公开日为2010年6月9日，公开号为CN201503328，名称为“真空灭弧室真空度测量及寿命管理专家系统”的中国专利文献介绍了一套真空灭弧室真空度测量及寿命管理专家系统，该系统使用磁控放电法与屏蔽罩电位法测量电网中的灭弧室真空度，磁控放电法测量真空度10^-3Pa以上的灭弧室，屏蔽罩电位法测量真空度10^-3Pa及以下的灭弧室，测量数据经过专家系统互补性分析后给出灭弧室寿命。但是该系统需要停电测量，不能进行在线监测。

上述这些装置或方法，有的检测精度低，有的需要改造灭弧室和真空开关，故虽然有各种各样的方法或装置，但尚没有一种符合可靠、精确、和实用要求的装置或方法。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种在线监测智能开关柜真空开关灭弧室真空度的装置，其可靠、精确、连续地在线检测灭弧室的真空度，且不需要对真空开关灭弧室进行改造，因此具有非常广泛的适用性。

为了实现上述发明目的，本实用新型提供了一种在线监测智能开关柜真空开关灭弧室真空度的装置，其设置于真空开关的三相灭弧室外侧，所述各相灭弧室内均设有一屏蔽罩，所述在线监测真空开关灭弧室真空度的装置包括：

三个励磁线圈装置，其分别对应设置于三相灭弧室的外侧，所述每一个励磁线圈装置均包括：一弧形励磁线圈外壳，其内设有励磁线圈，所述弧形励磁线圈外壳与各相灭弧室的外壳相匹配；一中空的引线柱，其一端与所述弧形励磁线圈外壳连接，其另一端设有一励磁电流输入端，所述励磁线圈的引线设于所述引线柱内，与所述励磁电流输入端连接；一中空的离子柱，其一端与所述弧形励磁线圈外壳连接，其另一端设有一励磁电流输出端；一屏蔽罩引出线延伸至所述离子柱内，并与一高压电阻和一采样电阻在所述离子柱内串联连接后，与所述励磁电流输出端连接；

一测控单元，其与所述三个励磁线圈装置分别连接；

一充电电容，其与所述测控单元连接，接收测控单元的控制依次与所述各励磁电流输入端连接，以轮流向所述各励磁线圈装置充电；

一通信单元，其与所述测控单元连接，接收测控单元的控制依次与所述各励磁电流输出端连接，以轮流采集各励磁线圈装置输出的离子电流信号。

本实用新型所述的在线监测智能开关柜真空开关灭弧室真空度的装置在使用时安装在真空开关的灭弧室外侧，然后采用系统电压在各相灭弧室内部的触头之间施加一个工频交流电场，此时由于屏蔽罩通过屏蔽罩引线连接了高压电阻和采样电阻，分压后便可获得屏蔽罩电位信号。这是因为在电力系统正常运行时，真空开关闭合，当屏蔽罩连接上高压电阻时，屏蔽罩电位会降低，此时若灭弧室真空度有劣化，屏蔽罩电位就会升高，因此可以根据屏蔽罩电位的变化实现真空开关灭弧室真空度的在线监测，其测量范围为几百～10^-1Pa。

此外，采用本实用新型所述的在线监测智能开关柜真空开关灭弧室真空度的装置还可以进一步的提高监测精度。高精度的监测是依次轮流对三相灭弧室进行的。以对A相灭弧室的真空度进行监测为例，测控单元向充电电容充电，充电完毕后，控制充电电容向A相励磁线圈装置(与A相灭弧室对应设置的励磁线圈装置)放电，此时A相励磁线圈装置会在A相灭弧室内产生脉冲轴向磁场，此时由于系统电压在触头导杆与屏蔽罩间始终施加有一个工频交流电场，且工频交流电场在触头附近几乎与脉冲轴向磁场垂直相交，使存在于A相灭弧室内的少量自由电子在向阳极的运动途径中，沿电极作螺旋运动，这就显著地增加了电子运动的路径以及与残余气体分子的碰撞概率，这样，在灭弧室的内部压强为10^-1～10^-4Pa时，在A相灭弧室内部就有一个稳定的与脉冲轴向磁场同步的汤逊放电，即磁控放电。该磁控放电离子电流通过屏蔽罩引线、高压电阻和采样电阻从A相励磁线圈装置的励磁电流输出端输出，在测控单元的控制下传输至通信单元，通过该磁控放电离子电流的大小，便可判断A相灭弧室的真空度是否合格，从而实现对灭弧度真空度的在线监测，其真空度测量范围为10^-1～10^-4Pa。B相灭弧室和C相灭弧室的真空度测量采用相同的方法。

优选地，所述在线监测智能开关柜真空开关灭弧室真空度的装置还包括一数据处理单元，其与所述通信单元连接，对接收自通信单元的离子电流信号进行数据处理。

优选地，所述高压电阻的电阻值为1MΩ～10MΩ，所述采样电阻的电阻值为1kΩ～10kΩ。

本实用新型所述的在线监测智能开关柜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为本实用新型所述的在线监测智能开关柜真空开关灭弧室真空度的装置的结构示意图。

图2为本实用新型所述的在线监测智能开关柜真空开关灭弧室真空度的装置中励磁线圈装置的结构示意图。

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在线监测智能开关柜真空开关灭弧室真空度的装置作进一步说明。

如图1所示，本实施例中的在线监测智能开关柜真空开关灭弧室真空度的装置包括：三个励磁线圈装置，其分别对应设置于三相灭弧室的外侧，A、B、C三相励磁线圈装置固定安装于开关柜的在接地机壳11上，A、B、C三相灭弧室内均设有屏蔽罩12，屏蔽罩12内设有相对设置的一对触头13，以及分别与一对触头连接的导杆14。测控单元，其与三个励磁线圈装置分别连接；充电电容，其与测控单元连接，接收测控单元的控制依次与所述各励磁电流输入端连接，以轮流向各励磁线圈装置充电；通信单元，其与所述测控单元连接，接收测控单元的控制依次与所述各励磁电流输出端连接，以轮流采集各励磁线圈装置输出的离子电流信号(即磁控放电离子电流)；数据处理单元，其与所述通信单元连接，对接收自通信单元的离子电流信号进行数据处理。

如图2所示，励磁线圈装置均包括：弧形励磁线圈外壳10，其内设有励磁线圈1，从图中可以看出弧形励磁线圈外壳10的弧形与灭弧室的外壳相匹配；中空的引线柱8，其一端与弧形励磁线圈外壳10连接，其另一端设有励磁电流输入端7，励磁线圈的引线9设于所述引线柱内，与励磁电流输入端7连接；中空的离子柱3，其一端与弧形励磁线圈外壳10连接，其另一端设有励磁电流输出端6；屏蔽罩引出线2延伸至离子柱3内，并与一个4MΩ的高压电阻4和一个2kΩ的采样电阻5在离子柱3内串联连接后，与励磁电流输出端6连接。本实施例中的弧形励磁线圈外壳是由两个不同半径的薄壁环氧筒套起来，底部粘接上环氧板而成，引线柱8和离子柱3均为环氧筒。使用Φ1.3mm漆包线绕制成三个弧形励磁线圈1，励磁线圈电感L≈25mH，将其按120°均匀分布地放入弧形励磁线圈外壳中。弧形励磁线圈外壳、引线柱环氧筒和离子柱环氧筒经过整体浇注，三等分切割，即一次性制成三个连接有引线柱和离子柱的弧形励磁线圈外壳，弧形励磁线圈外壳具有承受75kY冲击耐压和42kY的一分钟工频耐压的良好绝缘。

使用时，采用系统电压始终在，A、B、C三相灭弧室内施加一个220v的工频交流电场。屏蔽罩电位输出信号由高压电阻4和采样电阻5分压获得。当灭弧室真空度完全劣化时，最大屏蔽罩电位信号有效值U_max≈V×r/R，10kV真空开关相电压V≈6.6kY，高压电阻R＝4MΩ，采样电阻r＝3kΩ，故U_max≈5V。在屏蔽罩外接离子柱，电力系统正常运行，灭弧室真空度合格时，U≈0，若此时灭弧室真空度出现劣化情况，屏蔽罩电位就会升高，U最高可升高到5V左右，故根据屏蔽罩电位的变化就可以判断灭弧室真空度是否劣化。

同时对A、B、C三相灭弧室依次轮流进行高精度监测：由单片机测控单元控制双向硅接通220V交流电源，经倍压整流，对充电电容充电，当充电电压达到1700V，充电完成后，控制单向硅导通，使充电电容经由励磁电流输入端7、励磁线圈引线9对A相励磁线圈装置放电，从而在A相灭弧室内产生脉冲轴向磁场，由于灭弧室内始终存在工频交流电场，在内部压强10^-1～10^-4Pa时。就可以经由A相励磁线圈装置的励磁电流输出端6采集出A相的离子电流信号(磁控放电离子电流)。由单片机测控单元控制，间断地(每隔1小时测量一次)分别轮流检测A、B、C三相灭弧室的离子电流，再通过通信单元将检测到的离子电流传输到计算机的数据处理单元进行数据处理。本实施例中充电电容C＝1650μF，它由8个3300μF/450V的电解电容经过四级倍压整流组成。由公式T＝π(LC)1/2可计算出励磁电流脉宽T＝20ms。充电电容C上的电荷CU在(T/2)时间内放电完毕，其平均放电电流为CU/(T/2)，故励磁电流峰值I＝(π/2)CU/(T/2)＝(3.14/0.02)×0.00165×1700≈440A。磁控放电过程中，施加了脉宽20ms的脉冲磁场，其时刻是随机的，故测得的离子电流i是半个周波，该半个周波与系统电压施加的工频交流电场的电压V是同相位的。当灭弧室真空度完全劣化时，磁控放电离子电流最大，其峰值可以由i_max≈1.414V/R估算。10kV真空开关相电压V≈6.6kY，高压电阻R＝4MΩ，故i_max≈2300μA。当灭弧室真空度不合格，真空压强P＞6×10^-2Pa时，磁控放电离子电流i＝1000～2300μA。当灭弧室真空度合格时，磁控放电离子电流i＝0～1000μA，故通过检测磁控放电离子电流就可判定灭弧室真空度是否合格。

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

1.一种在线监测智能开关柜真空开关灭弧室真空度的装置，其设置于真空开关的三相灭弧室外侧，所述各相灭弧室内均设有一屏蔽罩，其特征在于，所述在线监测智能开关柜真空开关灭弧室真空度的装置包括：

三个励磁线圈装置，其分别对应设置于三相灭弧室外侧，所述每一个励磁线圈装置均包括：一弧形励磁线圈外壳，其内设有励磁线圈，所述弧形励磁线圈外壳与各相灭弧室的外壳相匹配；一中空的引线柱，其一端与所述弧形励磁线圈外壳连接，其另一端设有一励磁电流输入端，所述励磁线圈的引线设于所述引线柱内，与所述励磁电流输入端连接；一中空的离子柱，其一端与所述弧形励磁线圈外壳连接，其另一端设有一励磁电流输出端；一屏蔽罩引出线延伸至所述离子柱内，并与一高压电阻和一采样电阻在所述离子柱内串联连接后，与所述励磁电流输出端连接；

一测控单元，其与所述三个励磁线圈装置分别连接；

2.根据权利要求1所述的在线监测智能开关柜真空开关灭弧室真空度的装置，其特征在于，还包括一数据处理单元，其与所述通信单元连接，对接收自通信单元的离子电流信号进行数据处理。

3.根据权利要求1或2所述的在线监测智能开关柜真空开关灭弧室真空度的装置，其特征在于，所述高压电阻的电阻值为1MΩ～10MΩ，所述采样电阻的电阻值为1kΩ～10kΩ。