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真空断路器在线检测的探讨 |
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| 真空断路器在线检测的探讨 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 9:02:51  |
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作者：尤洪波 马德明 马洪宁
1 真空断路器的发展趋势与存在的问题
真空断路器的优越性不仅是无油化设备，而且还表现在它具有较长的电寿命、机械寿命、开断绝缘能力大、连续开断能力强、体积小、重量轻、可频繁操作、免除火灾、运行维护少、故障率低等优点，是无人值守变电所较为理想的电气设备。目前国内外都在大量开发和使用，并具有完全替代油灭弧介质的趋势。目前，变电所大多采用了多功能微机(电子)保护装置，综合自动化程度也随之提高，趋向无人值守的要求已经基本具备。因此，对主电气设备要求具有一定的在线检测(自检)功能，真空断路器也不应例外。真空断路器的常见故障主要表现有两大部分：
(1) 机械故障。由于这类故障率与电气故障率相比，几率较小，要实施在线检测还待有关部门进一步在构造、尺寸、组合方式上统一方案。
(2) 电气故障。这类故障是直接威胁电网安全持久稳定运行的主要问题，而且它的几率不容忽视。就真空断路器的一次电气故障与机械故障相对而言，不仅故障性质严重而且有较大的隐蔽性、突发性、随机性、并且难以及时预报。因此，也常见到厂家在出厂报告中提醒用户观察真空灭弧室的断弧物理现象。因此，这类故障不仅威胁电网的安全也是极易造成人身、国民经济损失的主要问题。
2 解决真空断路器的在线检测方法
目前，有关真空断路器的在线检测方法不少，常见的有下列几种：①电容感应法；②人工中性点法；③高压电场感应法；④阻容分压法；⑤光电遥感法。
除此以外还有利用潘宁放电原理(电磁风)构成的真空断路器在线测量方法。
概括起来看，各有特点。它们虽然也能在特定的情况下，获取真空灭弧室因漏气而导致真空断路器断口开断能力下降的信号，经过电化处理达到告警、闭锁的目的。若要全面推广使用还有许多问题可以商榷。
图1 人工中性点法示意图
就人工中性点法的方法来看(见图1)，图中的C、R用高压电容或者高值电阻来形成人工中性点，尽管整体回路阻(抗)值或很大(用高压电容构成时容抗很大)，在正常工作状态下对整个系统确实没有多大影响。用高压电位与N(接地)点参考来进行真空断路器是否完好状态的检测，是有一定道理和特点。如果该类方法大量使用，而部分真空断路器检修或者故障时，显而易见它们是主系统与地之间形成的一个虚拟接地点，因此在安全工作和继电保护的定值计算，运行配网的组织方案上是不能不考虑的。至于其他的方案也不免存在体积大、结构繁、抗干扰差、抗震能力低、数据不易远传以及只能对玻璃外壳或者便于观察的真空断路器有效等。因此使这些方法在普及和实际采纳时都要认真考虑实际影响和可行性。
其实，真空断路器的在线检测也是可以用其他方法实现的，而且也不算十分复杂。这个课题的兴趣是测量真空灭弧室的负压变化情况。它的要点是在线检测装置本身不仅要有较好的电气绝缘能力和较小的体积、可靠的运行性能，还要尽量具备安全规范、标准合理、使用方便、维护最少、周期稳定。此外，还要具有数据远传和就地告知的双重功能，通讯方面也要具备标准的传输特点，不能象继电保护那样各树一帜。
要搞好真空断路器灭弧室在线检测的工作必须符合当前电网的运行机制和反馈要求，否则一相情愿的结果也只能解决一个局部问题而带来一些不必要的重复工作或累赘。
3 具体方法的实现
实现的基本方法是利用机械传感器来改变光纤传输光信号的折射角度和导通量，以改变接受端光纤的传送量，然后经过后续处理电路来判别、处理、传讯等工作，从而达到在线检测的目的。利用这个方法的好处是：
(1) 可以很好地解决高压电器对地的绝缘问题。
(2) 检测灵敏度不但实际而且比较高。
(3) 对光电、磁场、辐射、震动以及环境污染等都有比较强的抗拒能力。
(4) 结构简单，与真空灭弧室自成一体
(5) 使用非常方便，基本无需检修。
(6) 具有实现就地和远方监控的基本条件。
(7) 寿命持久，基本与真空灭弧室同等寿命。
(8) 成本低廉。
在真空灭弧室的顶或地盖部有一个压力检测部件--传感器(波纹管、弹性薄膜或者其他弹性元件下同)，在其内部设有一个辅助张力元件，以增强检测器件的抗疲劳能力。在检测器件顶部还设有调整装置和信息传递元件一道构成信息传感器。在正常情况下，压力检测部件(在真空灭弧室内部呈现高度真空状态下)受外界自然大气压的作用呈现高度压缩状态。当真空灭弧室有泄漏后(外界大气进入)，将会改变真空灭弧室的内部真空度压力，从而迫使压力检测部件改变它的压缩状态，启动信息传感器、改变发射与接收光纤的光源传递接合部；改变光纤B接受光纤A的照射量。后继处理电路(见图2)的光电转换器G1随着光纤B的传送量改变而改变IC1(运算放大器)的输出参量。然后经过后继处理电路对此参量进行再一次加工，以最终达到报警、闭锁目的。
图2 在线检测基本方法示意图
该方法的可行性不仅具有选材方便、整体设计结构合理、电气绝缘能力较高的优点，而且实现方法简单和即使断路器严重事故时也不会因为检测装置的存在而给电网造成额外影响。该方法可实施的理由是：
(1) 用特殊材料制造的检测器件具有自由恢复钢度好，测量能力可以达到10-7。
(2) 有机光纤具有较好的导光性能(短距)，并且自身转换特性具有一定的线性能力。
(3) 有机光纤具有较好的电气绝缘能力，平均可以达到每kV/cm以上。
(4) 有机光纤在短距离内传送信号不需要做专门的光电转换工作。
(5) 有机光纤的柔韧性、防腐能力、阻燃能力比较好，比较适合此项目使用。
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