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摘 要：真空度测试仪在测试高压真空断路器真空灭弧室真空度时具有操作及安装简便、测试结果可信等优点。介绍了真空度测试仪采用的脉冲磁控放电法测试原理和电路框图，并结合实际测试中遇到的问题展开讨论，分析了该仪器在使用中测试结果偏大以及放电不彻底等问题的原因，并对今后试验中需注意的事项提出了建议。
关键词：真空度测试仪；真空度；现场使用；间歇性充电
河北省南部电网(河北南网)各电厂6 kV断路器多数采用真空断路器，其安全运行是河北南网电力安全的重要保障。真空断路器真空灭弧室内的真空度又是衡量真空断路器是否合格的重要标志，真空度下降会导致真空断路器开断能力降低，严重时还会导致真空断路器完全失效，危及电网安全。在以往的测试手段中，检测真空灭弧室真空度的方法以工频耐压法为主，但这种方法只能检测出灭弧室内真空度极度劣化的断路器。试验证明，有时灭弧室真空度达10-1 Pa时，真空断路器耐压试验仍可以通过，而这个数值已超出DL/T 403-2000《12～40.5kV高压真空断路器订货技术条件》中额定参数规定的“在允许储存期（20年）期末，真空灭弧室内部气体压强不得大于6.6×10-2 Pa”的要求，并远高于结构与技术要求中规定的“真空灭弧室随同真空断路器出厂时的真空灭弧室内部气体压强不得大于1.33×10-3 Pa”。因此，只对真空断路器进行绝缘电阻和工频耐压试验来检验灭弧室真空度的方法尚不能鉴别真空度的程度，可能为电网安全运行埋下隐患。
1脉冲磁控放电法
脉冲磁控放电法的基本原理是:真空灭弧室的触头处于额定开距状态时，在两触头间施加一直流高压，使两触头的间距空间处于强电场中，同时在两触头间施加一轴向强磁场，灭弧室内的电子在强电场与强磁场的共同作用下，将从触头的一端以螺旋轨迹向触头另一端运动，并与灭弧室内残余气体分子碰撞，产生电离，电离出的离子在强电场的作用下形成离子电流。理论与试验证明，该离子电流与灭弧室内残余气体分子浓度基本成正比关系，因此，通过对该离子电流的测量，便可推算出灭弧室内的真空度。
强轴向磁场的产生有两种方法：一种是通过围绕灭弧室真空泡周围的螺旋绕组充电获得，另一种是通过对带有铁心的π型励磁绕组充电获得。这两种励磁绕组的优点是不用将真空灭弧室拆下，而只需将励磁绕组置于真空泡外表面便可产生所需的轴向磁场。离子电流的电场是由通过软件控制的脉冲电压产生的，磁场励磁电流是与电场电压同步的脉冲电流，电场与磁场的同步性大大提高了测量的精确度。
2真空度测试仪硬件结构与工作原理
采用脉冲磁控放电法的真空度测试仪一般由整流、倍压整流、电场电容器（用于储能，产生电场电压）、磁场电容器（用于储能，产生磁场电压）、高压升压器、运算放大器、驱动电路、单片机及输入/输出接口等模块组成，电路图见图1。
测试仪的工作原理为：单片机首先输出两路控制信号，通过驱动电路使继电器J1、J2闭合，220 V交流电通过整流电路对电场电容器C1充电；同时通过倍压整流电路对磁场电容器C3充电，并通过分压装置将C1、C3的电压信号经运算放大器传入单片机，单片机对两电压信号进行实时检测。当C1、C3电压值升至预设数值时，单片机再次发出两组控制信号，通过驱动电路断开J1、J2继电器，停止对C1和C3的充电过程，C1、C3充电结束。而后，由单片机输出另外两组控制信号，通过驱动电路及继电器后，触发晶闸管V1、V2，两晶闸管导通，C1对高压升压器一次绕组放电，C2对π型励磁绕组放电。高压升压器二次侧的高压经硅堆整流、电容C2滤波后，通过限流电阻将高电压输入真空断路器触头上，电场和磁场产生。由于真空室内低密度，触头断开后类似于平板，两触头间存在分布电容，当电压U快速上升时，会产生容性电流IC；同时，由于真空泡外壁在运行中受到环境影响等原因产生泄漏电流IX；当流经励磁绕组L中的电流Im增大，产生的磁场达到临界值BM时，灭弧室内电子在磁场、电场作用下开始产生螺旋运动，并与残余气体分子碰撞，产生电离，离子电流Ii形成。故灭弧室电流I是由IC、IX、Ii三者叠加而成，U、Im、IC、IX、Ii如图2所示。电流I经取样电阻R0取出，并通过运算放大器传给单片机，单片机通过数据处理算法将IC和IX滤除，这样就获得了稳定的离子电流Ii。最后通过离子电流—真空度曲线的比对调试，得到灭弧室真空度测试值。
3使用中遇到的问题
3.1测试数据偏大
在使用真空度测试仪测试过程中曾出现过测试数据异常偏大的情况。如某型号真空断路器进行真空度测量，其结果均在3.7×10-4～4.9×10-4 Pa，数值虽符合DL/T 403-2000《12～40.5 kV高压真空断路器订货技术条件》中的要求，但与以往测量结果1.7×10-4～2.5×10-4 Pa比较，数据明显偏大。
3.2信息紊乱
在测试过程中，经常出现升压未到预设电位就莫名中止的情况，而且不自放电，这时需人为放电，给测试人员带来很大不便，危及人身安全；有时在按下复位键后，系统并不复位，而是在信息栏显示乱码。此时，发现搬动仪器或仪器晃动后又能恢复正常，发生这种情况时按复位键，系统可复位并可以进行测量，但实际上这仍然不正常，因为一般这种情况下测试数据明显偏大。
3.3测试结束放电不彻底
测试完毕，系统对电场电压、磁场电压放电不彻底，每次还需手持外接放电设施对电场和磁场绕组进行放电，并且放电比较强烈，给测试人员带来不必要的危险。
4问题分析及解决
基于上述问题，初步判定仪器存在硬件故障。拆开测试箱，检查仪器硬件组成，发现高压升压器与整流硅堆连接部分的焊点脱开，在升压器与硅堆之间形成接触性连接，其余各处电路完好。由此可判定测试数据偏大与这部分线路故障有关。在测试时，仪器完成对电场电容器C1充电后，晶闸管V1导通，高压升压器对真空灭弧室触头充电，但是由于硅堆连接不紧固，产生间歇性充电，形成多个充电脉冲，在每个充电脉冲中，都包含有IC、IX和Ii，由于IX的泄放作用，在各个充电脉冲间隙中，加在断路器两触头间的电压有所下降，而再次充电时的电容电流相对前一次减小得并不多，多个IC的叠加，使得总容性电流增大，并且在时域上与Ii叠加，由于单片机数据处理程序不能区分多个IC与Ii的分别，将多次脉冲充电产生的IC与Ii一同计算，误判为离子电流，从而使真空度测试值增加。并且，由于电路断线故障，在按下复位键后，仪器自检无法通过，导致信息栏出现乱码甚至死机。
在检查出故障之后，用焊锡将脱落的焊点重新焊死，使升压器与硅堆紧固接触，并对数据偏大的几台真空断路器进行复测，试验数据显示真空度均在1.6×10-4～2.6×10-4 Pa，再未出现死机等故障，问题得到了解决。分析电路断线原因，主要是在平时使用及运输中频繁颠簸，固定硅堆的胶体与机壳脱落，导致硅堆悬空，最终出现焊点颠开的问题。
对于3.3中提到的放电不彻底，主要原因是试验结束后，滤波电容C2上残存的电荷没有泄放干净，导致试验仪器高压端带电。建议在C2上并联一阻值较大的电阻，为C2残余电荷提供泄放路径，避免残余电荷伤人事件的发生。但是由于在C2处并联电阻，在测试时有一定的功率损耗，这就需要仪器容量及C1储能有相应提高，以适应试验要求。
5结论
通过脉冲磁控放电法进行真空度测量，分辨率为10-5 Pa，比DL/T 403-2000所规定的1.33×10-3Pa精确两个数量级，对现场测试具有非常重要的意义。但是，由于其自身设计原因，导致测试完毕放电不彻底，且整流硅堆固定方法尚欠妥当，不能适应使用频率较高的应用单位。建议为滤波电容C2匹配一只阻值合适的放电电阻，并改善硅堆固定方法，提高自身实用性。
在测试某发电厂真空断路器真空度时，真空度数量级普遍在10-3Pa，勉强达到甚至略微超出DL/T 403-2000《12～40.5 kV高压真空断路器订货技术条件》的标准要求。这种真空断路器真空度普遍超标的问题表明，用真空度测试仪可对真空断路器真空度进行定量检测，发现制造厂提供的真空灭弧室质量的微小差异，与打耐压所做的定性检测有着完全不同的实际意义。
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