一種微波的真空斷路器真空度預(yù)警裝置的制造方法
【專利摘要】一種微波的真空斷路器真空度預(yù)警裝置,包括微處理器模塊、微波發(fā)生電路、微波反饋電路,微處理器模塊分別連接功能按鍵模塊、聲光報警模塊、遠(yuǎn)程通訊接口。微處理器模塊分別連接微波發(fā)生電路、微波反饋電路,所述微波發(fā)生電路、微波反饋電路連接同軸線。本實(shí)用新型一種微波的真空斷路器真空度預(yù)警裝置,能夠承受高電壓、強(qiáng)電場以及工作時有溫升條件下的環(huán)境溫度,該裝置的安裝不影響真空斷路器的各項(xiàng)性能指標(biāo)。該裝置能夠精確反應(yīng)真空斷路器真空度的優(yōu)劣情況,通過遠(yuǎn)程通訊接口連接監(jiān)控室,能夠同步、直觀的顯示裝置采集和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息。
【專利說明】
一種微波的真空斷路器真空度預(yù)警裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型一種微波的真空斷路器真空度預(yù)警裝置,涉及真空斷路器真空度檢測 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 真空高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一,它在電網(wǎng)中主要起著控制、保 護(hù)、安全隔離的作用,具有絕緣性能好、開距小、電弧電壓低、電弧能量小、電氣機(jī)械壽命高、 開合額定開斷電流次數(shù)多等一系列優(yōu)點(diǎn),普遍用于10_35kV開關(guān)柜內(nèi),其運(yùn)行狀態(tài)直接決定 電力系統(tǒng)的安全和效益。真空斷路器在運(yùn)行過程中真空度會逐步下降,真空泄露到一定程 度,分合閘時開關(guān)會發(fā)生爆炸。目前,供電系統(tǒng)大都采用真空斷路器斷口間交流耐壓試驗(yàn)進(jìn) 行真空度檢測,該技術(shù)僅能檢測到斷路器真空度是否完好,但對真空滅弧室初期泄露檢測 不明顯,更不能量化真空度,對真空度預(yù)警上存在盲區(qū)。
[0003] 由于真空斷路器在10~35kV供電網(wǎng)絡(luò)中的重要性,并且真空斷路器復(fù)雜的密封結(jié) 構(gòu)也不允許以常規(guī)手段進(jìn)行檢修,故真空度運(yùn)行性能的帶電監(jiān)測已經(jīng)成為一次設(shè)備狀態(tài)檢 修領(lǐng)域的重要課題。目前用于試驗(yàn)的斷路器真空度檢測方法有很多,但是大部分都是離線 檢測方法,主要包括:工頻耐壓法,觀察法,火花檢漏計法,吸氣劑顏色變化判定法,高頻放 電法,磁控放電法,脈沖電流法等,相對來說,其應(yīng)用已經(jīng)較為成熟。為提高配電系統(tǒng)的供電 可靠性,減少停電時間,提高經(jīng)濟(jì)效益,人們提出了對于斷路器真空度的在線監(jiān)測。這意味 著要在不改動真空斷路器主體結(jié)構(gòu)以及需要在帶電的前提下,且無論斷路器處于合閘還是 斷開的狀態(tài),都可以隨時監(jiān)測其真空度的變化,從而對真空斷路的真空度進(jìn)行預(yù)警。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型提供一種微波的真空斷路器真空度預(yù)警裝置,能夠承受高電壓、強(qiáng)電 場以及工作時有溫升條件下的環(huán)境溫度,該裝置的安裝不影響真空斷路器的各項(xiàng)性能指 標(biāo)。該裝置能夠精確反應(yīng)真空斷路器真空度的優(yōu)劣情況,通過遠(yuǎn)程通訊接口連接監(jiān)控室,能 夠同步、直觀的顯示裝置采集和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息。
[0005] 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0006] -種微波的真空斷路器真空度預(yù)警裝置,包括微處理器模塊、微波發(fā)生電路、微波 反饋電路,微處理器模塊分別連接功能按鍵模塊、聲光報警模塊、遠(yuǎn)程通訊接口。微處理器 模塊分別連接微波發(fā)生電路、微波反饋電路,所述微波發(fā)生電路、微波反饋電路連接同軸 線。
[0007] 所述微波反饋電路包括差動放大電路、帶通濾波器、整流濾波電路。
[0008] 所述微處理器模塊為66AK2L06型微處理器。
[0009] 所述遠(yuǎn)程通訊接口為RS485通訊接口。
[0010] -種微波的真空斷路器真空度預(yù)警裝置,安裝到真空斷路器被監(jiān)測部分的正對面 15cm左右范圍內(nèi),或者是小推車上。因?yàn)?00MHz的微波的在真空中的波長為0.375cm,在其 余介質(zhì)中的波長均小于該值,而傳播距離越長,對波的衰減越嚴(yán)重,同時每半個周期均會出 現(xiàn)一個最大幅值,因此只需要在半個波長范圍內(nèi),即18.75cm,加上真空屏蔽罩離最外層的 距離,監(jiān)測裝置裝到被監(jiān)測部分正對面L=15cm左右的范圍即可。
[0011] -種微波的真空斷路器真空度檢測方法,同軸線發(fā)出微波信號,在空氣中傳播到 真空斷路器的被監(jiān)測部分,微波信號依次經(jīng)過上絕緣硅橡膠復(fù)合套管、左側(cè)空氣層、硅膠 層、右側(cè)空氣層到達(dá)真空滅弧室;再經(jīng)過陶瓷、真空滅弧室內(nèi)氣體,最后再金屬屏蔽罩上發(fā) 生全反射,在微波信號穿過的這些介質(zhì)中,除了真空滅弧室內(nèi)氣體的介電常數(shù)會變化外,其 余介質(zhì)的介電常數(shù)均不變;采用傳輸法進(jìn)行介電常數(shù)的測量,用微波信號的反射系數(shù)對介 電常數(shù)的變化進(jìn)行量化,從而測出真空斷路器中真空度的變化。
[0012] 一種微波的真空斷路器真空度預(yù)警方法,接收并處理微波反射信號,得到反射波 的振幅,當(dāng)真空滅弧室內(nèi)真空度下降時,真空滅弧室內(nèi)氣體的相對介電常數(shù)就變大,使得反 射波的振幅下降;當(dāng)真空度下降到一定程度時,此時反射波的振幅也下降到了閾值,聲光報 警模塊就會出現(xiàn)聲光報警,同時給遠(yuǎn)程監(jiān)控室提出預(yù)警。
[0013] 本實(shí)用新型一種微波的真空斷路器真空度預(yù)警裝置,能夠承受高電壓、強(qiáng)電場以 及工作時有溫升條件下的環(huán)境溫度,該裝置的安裝不影響真空斷路器的各項(xiàng)性能指標(biāo)。該 裝置能夠精確反應(yīng)真空斷路器真空度的優(yōu)劣情況,通過遠(yuǎn)程通訊接口連接監(jiān)控室,能夠同 步、直觀的顯示裝置采集和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息。
【附圖說明】
[0014] 圖1為12kV真空斷路器電壓等級和開始放電壓力的關(guān)系圖。
[0015] 圖2(a)為本實(shí)用新型的電壓反射系數(shù)、入射電壓波的振幅、反射電壓波的振幅電 路圖。
[0016] 圖2(b)為圖2(a)的等效電路圖。
[0017] 圖3為本實(shí)用新型裝置的硬件連接示意圖。
[0018]圖4為本實(shí)用新型的測試原理圖。
[0019]圖5為本實(shí)用新型的等效電路圖:
[0020]其中圖5(a)是圖4的等值電路;
[0021] 圖5(b)是從真空滅弧室內(nèi)氣體看過去的輸入阻抗電路;
[0022] 圖5(c)是從陶瓷看過去的輸入阻抗電路;
[0023] 圖5(d)是從右側(cè)空氣層看過去的輸入阻抗電路;
[0024] 圖5(e)是從硅膠層看過去的輸入阻抗電路;
[0025] 圖5(f)是從左側(cè)空氣層看過去的輸入阻抗電路;
[0026] 圖5(g)是從上絕緣硅橡膠復(fù)合套管看過去的輸入阻抗電路;
[0027] 圖5(h)是從空氣看過去的輸入阻抗電路。
[0028]圖6為本實(shí)用新型的安裝示意圖。
[0029]其中:1-同軸線,2-微波發(fā)生電路,3-微波反饋電路,4-微處理器模塊,5-功能按鍵 模塊,6-聲光報警模塊,7-遠(yuǎn)程通訊接□,8-微波信號,9-真空斷路器的被監(jiān)測部分,10-上 絕緣硅橡膠復(fù)合套管,11-左側(cè)空氣層,12-硅膠層,13-右側(cè)空氣層,14-真空滅弧室,15-陶 瓷,16-真空滅弧室內(nèi)氣體,17-金屬屏蔽罩。
[0030] 18-上出線端子,19-導(dǎo)電夾,20-下出線端子,21-法蘭,22-絕緣拉桿,23-電流互感 器,24-下絕緣硅橡膠復(fù)合套管,25-壓簧,26-硅橡膠出線套,27-拉桿套,28-指針。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 一種微波的真空斷路器真空度預(yù)警裝置,包括微處理器模塊4、微波發(fā)生電路2、微 波反饋電路3,微處理器模塊4分別連接功能按鍵模塊5、聲光報警模塊6、遠(yuǎn)程通訊接口 7。微 處理器模塊4分別連接微波發(fā)生電路2、微波反饋電路3,所述微波發(fā)生電路2、微波反饋電路 3連接同軸線1。
[0032] 所述微波反饋電路3包括差動放大電路、帶通濾波器、整流濾波電路。先用帶通濾 波器濾波,然后經(jīng)過整流濾波電路處理,最后利用差動放大電路對微波進(jìn)行處理。
[0033] 所述微處理器模塊4型號:66AK2L06
[0034] 所述遠(yuǎn)程通訊接口 7型號:RS485通訊接口。
[0035] 所述功能按鍵模塊5包括兩個獨(dú)立按鍵,分別實(shí)現(xiàn)自檢、復(fù)位功能。
[0036] 所述聲光報警模塊6包括發(fā)光二極管、蜂鳴器。
[0037] 真空斷路器真空度< 6.6 X HT2Pa時,真空斷路器的帶電分、合觸頭與中間屏蔽罩 之間的絕緣狀態(tài)良好。但隨著真空斷路器的存放、運(yùn)行的時間增加,真空滅弧室14的真空度 會降低。當(dāng)真空斷路器的真空滅弧室14內(nèi)真空度劣化時,真空滅弧室14中的閉合觸頭與屏 蔽罩之間會產(chǎn)生放電,放電大致分為預(yù)防電和擊穿放電兩個階段。當(dāng)真空度劣化時,會出現(xiàn) 預(yù)防電,此時的真空度仍處于高真空狀態(tài)。在實(shí)際運(yùn)行過程中,12kV真空斷路器真空滅弧室 內(nèi)壓強(qiáng)上升到5~IOPa時擊穿電壓才會大幅度下降,如圖1所示。影響電力系統(tǒng)正常的生產(chǎn), 因此只要能在IOPa之前時對真空斷路器真空度進(jìn)行預(yù)警,就能保證真空斷路器得到最大程 度的使用。
[0038] 真空度與氣體的相對介電常數(shù)相關(guān),真空度越大,相對介電常數(shù)越大。當(dāng)真空滅弧 室14內(nèi)處于真空時,真空滅弧室14內(nèi)氣體的相對介電常數(shù)為1。當(dāng)真空滅弧室14內(nèi)真空度等 于IOPa時,真空滅弧室14內(nèi)氣體的相對介電常數(shù)則變成了 1.00000006。而相對介電常數(shù)的 改變也改變了微波信號的波阻抗,從而使微波信號的電壓反射系數(shù)也隨之改變。如圖2(a) 所示,電壓反射系數(shù)F就是入射電壓波的振幅與反射電壓波的振幅的比值,
從公式可以看出,Γ跟波阻抗相關(guān),也就是和相對介電常數(shù)即與真空度相關(guān),可以通過反射 電壓波的振幅體現(xiàn)出來。如圖2(b)是圖2(a)的等效電路,從Z = -I處朝負(fù)載看去的輸入阻抗
通過真空斷路器真空度預(yù)警裝置發(fā)射微波信號8并接受反射回來的微 〇 波信號,經(jīng)過微波反饋電路3的處理,得到電壓振幅。當(dāng)電壓振幅下降到一個閾值時,說明真 空滅弧室內(nèi)氣體16的真空度到了可允許的最高上限,本實(shí)用新型裝置就會報警,已達(dá)到在 線預(yù)警目的。
[0039] 如圖4、圖5所示,本實(shí)用新型一種微波的真空斷路器真空度預(yù)警裝置,通過同軸線 1發(fā)出800MHz的微波信號8,在空氣中傳播到真空斷路器的被監(jiān)測部分9,微波信號8依次經(jīng) 過上絕緣硅橡膠復(fù)合套管10、左側(cè)空氣層11、硅膠層12、右側(cè)空氣層13到達(dá)真空滅弧室14; 再經(jīng)過陶瓷15、真空滅弧室內(nèi)氣體16,最后在金屬屏蔽罩17上發(fā)生全反射。在微波信號8穿 過的這些介質(zhì)中,除了真空滅弧室內(nèi)氣體16的介電常數(shù)會變化外,其余介質(zhì)的介電常數(shù)均 不變。采用傳輸法進(jìn)行介電常數(shù)的測量,用微波信號8的反射系數(shù)對介電常數(shù)的變化進(jìn)行量 化,從而測出真空斷路器中真空度的變化。
[0040] 等效電路如圖5所示,
其中μ〇 = 4π X l(T7H/m為真空磁導(dǎo)率, ε〇 = 8.854Χ10-12F/m為真空介電常數(shù),ε:為介質(zhì)的相對介電常數(shù)。
.其 中ω =2π · f為角頻率,μ為介質(zhì)的磁導(dǎo)率。在正常狀態(tài)下,上絕緣硅橡膠復(fù)合套管10、空氣、 左側(cè)空氣層11、右側(cè)空氣層13、硅膠層12、陶瓷15、真空滅弧室內(nèi)氣體16和金屬屏蔽罩17的 磁導(dǎo)率均等于真空磁導(dǎo)率。
[0041 ]空氣、左側(cè)空氣層11、右側(cè)空氣層13的4=1.000585,上絕緣硅橡膠復(fù)合套管10的 ~ = 2.2~3.5,硅膠層12的~2 5.1,陶瓷15的~2 6,金屬屏蔽罩17的~<10。根據(jù)各個介質(zhì) 的相對介電常數(shù)和磁導(dǎo)率,分別算出波阻抗ZU2、Z3、Z 4、Z5、Z6、Ζ7和Z8,以及傳播常數(shù)H 03、04、05、06、07、后8。
[0042]圖(5a)是圖4的等值電路。圖(5b)是從真空滅弧室內(nèi)氣體16看過去的輸入阻抗為 Zin7 = Z8,此時真空滅弧室內(nèi)氣體16與金屬屏蔽罩17分界面上的反射系數(shù)
[0044] Zin7:從真空滅弧室內(nèi)氣體16看過去的輸入阻抗;
[0045] Zs:金屬屏蔽罩的波阻抗;
[0046] Γ 78:真空滅弧室內(nèi)氣體16與金屬屏蔽罩17分界面上的反射系數(shù);
[0047] Z7:真空滅弧室內(nèi)氣體的波阻抗。
[0048]圖(5c)是從陶瓷15看過去的輸入 此時陶瓷15與真空 滅弧室內(nèi)氣體16分界面上的反射系數(shù)
[0049] Zin6:從陶瓷15看過去的輸入阻抗;
[0050] Z7:真空滅弧室內(nèi)氣體中的波阻抗;
[0051] Γ78 :真空滅弧室內(nèi)氣體16與金屬屏蔽罩17分界面上的反射系數(shù);
[0052] β7:真空滅弧室內(nèi)氣體16的傳播常數(shù);
[0053] d6:真空滅弧室內(nèi)氣體16的厚度;
[0054] Γ67:陶瓷15與真空滅弧室內(nèi)氣體16分界面上的反射系數(shù);
[0055] Z6:陶瓷15中的波阻抗。
[0056]圖(5d)是從右側(cè)空氣層13看過去的輸入阻抗 此時右側(cè)空
氣層13與陶瓷15分界面上的反射系數(shù) 同理可從圖(5d)-直等效到圖(5h)。 c 圖(5h)時從空氣看過去的輸入阻抗
而空氣與上絕緣硅橡膠復(fù)合套 管10分界面上的反射
即為所有反射波疊加后的微波反射波的反射系 數(shù)。用裝置接收并處理微波反射信號,得到反射波的振幅。當(dāng)真空滅弧室14內(nèi)真空度下降 時,真空滅弧室內(nèi)氣體16的相對介電常數(shù)就變大,使得反射波的振幅下降。當(dāng)真空度下降到 一定程度時,此時反射波的振幅也下降到了閾值,聲光報警模塊6就會出現(xiàn)聲光報警同時給 遠(yuǎn)程監(jiān)控室提出預(yù)警。
[0057] Zin5:從右側(cè)空氣層13看過去的輸入阻抗;
[0058] Z6:陶瓷15中的波阻抗;
[0059] Γ67:陶瓷15與真空滅弧室內(nèi)氣體16分界面上的反射系數(shù);
[0060] β6:陶瓷15的傳播常數(shù);
[0061] d5:陶瓷15的厚度;
[0062] Γ56:右側(cè)空氣層13與陶瓷15分界面上的反射系數(shù);
[0063] Z5:右側(cè)空氣層13中的波阻抗;
[0064] Zinl:從空氣看過去的輸入阻抗;
[0065] Ζ2:上絕緣娃橡膠復(fù)合套管10中的波阻抗;
[0066] Γ23:上絕緣硅橡膠復(fù)合套管10與左側(cè)空氣11分界面上的反射系數(shù);
[0067] &:上絕緣硅橡膠復(fù)合套管10的傳播常數(shù);
[0068] cb:上絕緣硅橡膠復(fù)合套管10的厚度;
[0069] Γ12:空氣與上絕緣硅橡膠復(fù)合套管10分界面上的反射系數(shù);
[0070] Z1:空氣中的波阻抗。
[0071] 實(shí)施方式:
[0072] 如圖6所示:將本實(shí)用新型裝置安裝到真空斷路器被監(jiān)測部分5的正對面2m范圍 內(nèi),或者是小推車上,利用微波反饋電路3接收并處理微波反射信號,再利用微處理器模塊4 判斷反射信號振幅是否到達(dá)閾值,當(dāng)振幅達(dá)到閾值時,說明真空斷路器的真空度出現(xiàn)了劣 化,將判斷結(jié)果通過聲光報警模塊6進(jìn)行現(xiàn)場報警,并通過遠(yuǎn)程通訊接口 7將結(jié)果傳輸至遠(yuǎn) 程監(jiān)控室。當(dāng)IOkV真空斷路器真空度出現(xiàn)劣化時,聲光報警模塊6會亮燈并發(fā)聲,同時遠(yuǎn)程 監(jiān)控室的顯示屏?xí)斤@示故障。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種微波的真空斷路器真空度預(yù)警裝置,包括微處理器模塊(4)、微波發(fā)生電路(2)、 微波反饋電路(3),其特征在于,微處理器模塊(4)分別連接功能按鍵模塊(5)、聲光報警模 塊(6)、遠(yuǎn)程通訊接口(7);微處理器模塊(4)分別連接微波發(fā)生電路(2)、微波反饋電路(3), 所述微波發(fā)生電路(2)、微波反饋電路(3)連接同軸線(1)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微波的真空斷路器真空度預(yù)警裝置,其特征在于,所述微波 反饋電路(3)包括差動放大電路、帶通濾波器、整流濾波電路。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微波的真空斷路器真空度預(yù)警裝置,其特征在于,所述微處 理器模塊(4)為66AK2L06型微處理器。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微波的真空斷路器真空度預(yù)警裝置,其特征在于,所述遠(yuǎn)程 通訊接口( 7)為RS485通訊接口。5. 如權(quán)利要求1~4任意一項(xiàng)所述的一種微波的真空斷路器真空度預(yù)警裝置,其特征在 于,該裝置安裝到真空斷路器被監(jiān)測部分(9)的正對面15cm左右范圍內(nèi),或者是小推車上。
【文檔編號】H01H33/668GK205487934SQ201620271397
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月1日
【發(fā)明人】黃悅?cè)A, 袁雪珺, 程江洲, 陳晨, 張迪, 曹詩龍
【申請人】三峽大學(xué)