真空有载分接开关中的真空管真空度在线检测方法和装置与流程

技术领域：

本发明涉及真空有载分接开关技术领域，特别涉及真空有载分接开关中真空管真空度在线检测方法和装置。

背景技术：
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在大容量超高压输电领域，为了提高电力质量，逐渐采用真空管的真空有载分接开关替代传统机械式触头的有载分接开关，已是一种技术趋势。

利用真空管高真空环境下的高介电性和强熄弧特点，使产生电弧的通、断发生在真空管中，提高真空有载分接开关性能及寿命，并大大缩小了设备的体积。

真空有载分接开关的切换原理可参见本申请人申请的zl200920076183.x中国发明专利。

由于真空管是一个高度密封的精密组件，且使用在超高压，大电流的环境中，对其真空度及其它性能参数要求非常高。

真空管的真空度是电力真空开关的重要技术指标，当真空度低于1.33×10^-5时，就需要更换真空灭弧室，否则将造成事故。长期以来存在真空度检测困难的问题，公开的做法是拆下真空管，在触头两端施加电压，通过测量离子电流来判断室内真空度。这种方法费事费力，而且测量不准确，经常误判。

目前真空有载分接开关中的真空管外壳有的为非透明的绝缘材料例如陶瓷，因此其无法使用中国专利cn105355506a公布的“一种无损检测真空管真空度的装置”、cn105513888a公布的“一种激光法光程差无损检测真空管真空度的方法”、cn105509959a公布的“一种激光法无损检测真空管真空度的方法”来对其真空度进行检测。

本申请的发明人通过仔细研究真空有载分接开关的结构，发现当真空管的真空度正常时，由于真空管的动端与隔离切换开关的静触头串联，真空有载分接开关的隔离切换开关中的动触头在与静触头切换时不会有弧光，而当真空管的真空管不正常时，真空有载分接开关的辅助触头在切换时会有弧光，因此，可以通过检测真空有载分接开关的隔离切换开关在切换时是否会有弧光来检测真空管的真空度是否正常，由此形成了本发明的技术方案。

技术实现要素：
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本发明所要解决的技术问题之一旨在提出一种可以在超高压、大电流环境下，利用光传感元件间接测量真空管真空度的真空有载分接开关中真空管真空度在线检测方法。

本发明所要解决的技术问题之二旨在提出一种可以在超高压、大电流环境下，利用光传感元件间接测量真空管真空度的真空有载分接开关中真空管真空度在线检测装置。

作为本发明第一方面的一种真空有载分接开关中真空管真空度在线检测方法，其利用设置在隔离切换开关中静触头附近的光传感元件感知真空有载分接开关中的隔离切换开关中的动触头与静触头切换是否产生电弧来判断真空管的真空度是否损坏，如果真空有载分接开关中的隔离切换开关中的动触头与静触头切换时产生电弧，则说明真空管的真空度损坏；如果真空有载分接开关中的隔离切换开关中的动触头与静触头切换时没有产生电弧，则说明真空管的真空度正常。

在本发明的一个优选实施例中，所述光传感元件在采集到真空有载分接开关中的隔离切换开关中的动触头与静触头切换时所产生的电弧后，输送到一光电转换装置转换成电信号，该电信号通过放大、整形、滤波后送入一控制装置，所述控制装置发出报警信号给维修人员，通知维修人员及时更换真空度已经损坏的真空管；同时所述控制装置锁闭真空有载分接开关中的电动控制机构，停止有载切换，从而对真空管及分接开关实施保护，避免事故发生。

在本发明的一个优选实施例中，所述光传感元件包括若干根光纤和配置在所述光纤上的光学聚光镜头，若干根光纤设置在隔离切换开关中静触头附近，所述光学聚光镜头将所述真空有载分接开关中的隔离切换开关中的动触头与静触头切换时所产生电弧的光线聚焦后传导入光纤，然后通过一光引出元件输送到一光电转换装置转换成电信号。

作为本发明第二方面的一种真空有载分接开关中真空管真空度在线检测装置，包括：

三相真空管组，每相真空管组包含两组真空管组，分为第n组真空管组和第n+1真空管组，第n组真空管组的一端与n分接抽头连接，第n+1组真空管组的一段与n+1分接抽头连接；

用以安装三相真空管组的绝缘支撑盘；

三相隔离分接开关，每相隔离分接开关具有两个静触头和一个动触头，两个静触头分为n分接侧静触头和n+1分接侧静触头，在切换时，所述动触头在n分接侧静触头和n+1分接侧静触头之间切换，分别与n分接侧静触头和n+1分接侧静触头接触与断开，所述n分接侧静触头与第n组真空管组的另一端连接，所述n+1分接侧静触头与第n+1组真空管组的另一端连接；其特征在于，还包括

设置在所述每相隔离分接开关中的静触头附近的光传感元件，所述光传感元件用以感知每相隔离分接开关中的动触头与n分接侧静触头、n+1分接侧静触头两个静触头在接触与断开的瞬间是否存在电弧；

光引出元件，所述光引出元件的输入端与所述光传感元件的输出端光连接，所述光引出元件将所述光传感元件收集到的光信号引出

光电转换装置，所述光电转换装置的输入端与所述光引出元件的输出端光连接，以接收所述光引出元件输出的光信号；所述光电转换装置将所接收的光信号转换成电信号输出；

放大、整形、滤波装置，所述放大、整形、滤波装置的输入端与所述光电转换装置中的电信号输出端连接，对所述光电转换装置输送过来的电信号进行放大、整形、滤波处理后送出；

控制装置，所述控制装置的电信号输入端与所述放大、整形、滤波装置的电信号输出端连接，对所述放大、整形、滤波装置送过来的电信号进行处理并输出一路控制信号和一路报警信号，所述控制信号送至真空有载分接开关中的电动控制机构，以控制该电控控制机构的工作状态；所述报警信号送入一报警装置或送入控制机房内的报警终端。

在本发明的一个优选实施例中，所述光传感元件包括一环形导光光纤和一环形光学聚光镜头，所述环形导光光纤设置在三相隔离分接开关中的静触头附近，所述环形光学聚光镜头设置在所述隔离分接开关中的静触头与环形导光光纤之间。

在本发明的一个优选实施例中，所述三相隔离分接开关配置在所述绝缘支撑盘外周的上侧，所述环形导光光纤设置所述绝缘支撑盘上并位于所述三相隔离分接开关中两个静触头和一个动触头的下方。

在本发明的一个优选实施例中，在所述绝缘支撑盘上开设有一环形槽，所述环形导光光纤以接近一个圆周布置在所述环形槽内。

在本发明的一个优选实施例中，所述环形槽设置在所述绝缘支撑盘上表面靠近内孔边缘位置。

在本发明的一个优选实施例中，所述光引出元件为一光引出光纤。

在本发明的一个优选实施例中，所述光电转换装置、放大、整形、滤波装置、控制装置、报警装置配置在一控制箱内，所述控制箱设置所述真空分接开关的外部，所述光电转换装置的输入端与所述光引出元件的输出端之间采用插拔结构方式连接，以方便真空有载分接开关吊装。

由于采用了如上的技术方案，本发明利用光传感元件良好的光采集性和传导性以及在高电压环境下的良好绝缘性，通过在线感知真空有载分接开关中的隔离切换开关中的动触头与静触头切换是否产生电弧来判断真空管的真空度和工作情况及技术性能，从而对真空管及真空有载分接开关实施保护，避免事故发生。

附图说明：

图1为真空有载分接开关过渡电路切换过程原理示意图。

图2为本发明的真空有载分接开关中真空管真空度在线检测装置中光传感元件、光引出元件的位置示意图。

图3为本发明的真空有载分接开关中真空管真空度在线检测装置的原理框图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式来详细说明本发明。

下面以真空有载分接开关中的一相为例来说明真空有载分接开关的工作原理：

参见图1，每一相由位于n分接侧的主同流开关m1、位于n+1分接侧的主同流开关m2、四只真空管v1、v2、v3、v4以及过度电阻r1、r2构成，真空管v1、v2构成n组真空管组，真空管v3、v4构成第n+1真空管组。

n组真空管组中的真空管v1起主通断作用，真空管v2起过渡作用，n+1组真空管组中的真空管v4起主通断作用，真空管v3起过渡作用。

真空管v1和由真空管v2与过渡电阻r1构成的过渡支路一起并联在主通流开关m1上，真空管v4和由真空管v3与过渡电阻r2构成的过渡支路一起并联在主通流开关m2上。

真空管v1、v2的一端和主通流开关m1的一端并接形成中性点触点a，真空管v3、v4的一端和主通流开关m2的一端并接形成中性点触点b，中性点触点a、b断开。真空有载分接开关的中性点o通过一隔离切换开关依据切换机构的切换顺序分别单独或同时与中性点触点a和b切换电连接。中性点触点a、b分别构成隔离切换开关中的两个静触头，隔离切换开关中的动触头k与中性点o连接。

真空有载分接开关的切换原理参见图1中的图a至图i，具体如下：

参见图1中的图a,n分接侧的主通流开关m1闭合，n+1分接侧的主通流开关m2断开，同时真空管v1、v2导通，真空管v3、v4断开，隔离切换开关中的动触头k与中性点触点a相连的静触头接触导通，n分接侧的电流通过主通流开关m1、中性点触点a、与中性点触点连接的动触头以及隔离切换开关中的动触头k流向中性点o。

参见图1中的图b,n分接侧的主通流开关m1断开，n+1分接侧的主通流开关m2断开，同时真空管v1、v2导通，真空管v3、v4继续断开，隔离切换开关中的动触头k与中性点触点a相连的静触头继续接触导通，n分接侧的电流通过真空管v1、中性点触点a、与中性点触点a连接的静触头以及隔离切换开关中的动触头k流向中性点o。

参见图1中的图c,n分接侧的主通流开关m1断开，n+1分接侧的主通流开关m2断开，同时真空管v1、v3、v4断开，真空管v2导通，隔离切换开关中的动触头k与中性点触点a相连的静触头接触导通，n分接侧的电流通过过渡电阻r1、真空管v2、中性点触点a、与中性点触点a连接的静触头以及隔离切换开关中的动触头k流向中性点o。

参见图1中的图d,n分接侧的主通流开关m1断开，n+1分接侧的主通流开关m2断开，同时真空管v1、v3、v4断开，真空管v2导通，隔离切换开关中的动触头k同时与中性点触点a相连的静触头、与中性点触点b相连的静触头接触导通，n分接侧的电流通过过渡电阻r1、真空管v2、中性点触点a、与中性点触点a连接的静触头以及隔离切换开关中的动触头k流向中性点o。

参见图1中的图e,n分接侧的主通流开关m1断开，n+1分接侧的主通流开关m2断开，同时真空管v1、v4断开，真空管v2、v3导通，隔离切换开关中的动触头k同时与中性点触点a相连的静触头、与中性点触点b相连的静触头接触导通，n分接侧的电流通过过渡电阻r1、真空管v2、中性点触点a、与中性点触点a连接的静触头以及隔离切换开关中的动触头k流向中性点o；n+1分接侧的电流通过过渡电阻r2、真空管v3、中性点触点b、与中性点触点b连接的静触头以及隔离切换开关中的动触头k流向中性点o。

参见图1中的图f,n分接侧的主通流开关m1断开，n+1分接侧的主通流开关m2断开，同时真空管v1、v2、v4断开，真空管v3导通，隔离切换开关中的动触头k同时与中性点触点a相连的静触头、与中性点触点b相连的静触头接触导通，n+1分接侧的电流通过过渡电阻r2、真空管v3、中性点触点b、与中性点触点b连接的静触头以及隔离切换开关中的动触头k流向中性点o。

参见图1中的图g,n分接侧的主通流开关m1断开，n+1分接侧的主通流开关m2断开，同时真空管v1、v2、v4断开，真空管v3导通，隔离切换开关中的动触头k与中性点触点a相连的静触头分离，但继续与中性点触点b相连的静触头接触导通，n+1分接侧的电流通过过渡电阻r2、真空管v3、中性点触点b、与中性点触点b连接的静触头以及隔离切换开关中的动触头k流向中性点o。

参见图1中的图h,n分接侧的主通流开关m1断开，n+1分接侧的主通流开关m2断开，同时真空管v1、v2断开，真空管v3、v4导通，隔离切换开关中的动触头k与中性点触点b相连的静触头接触导通，n+1分接侧的电流通过真空管v4、中性点触点b、与中性点触点b连接的静触头以及隔离切换开关中的动触头k流向中性点o。

参见图1中的图i,n分接侧的主通流开关m1断开，n+1分接侧的主通流开关m2接通，同时真空管v1、v2断开，真空管v3、v4导通，隔离切换开关中的动触头k与中性点触点b相连的静触头接触导通，n+1分接侧的电流通过主通流开关m2、中性点触点b、与中性点触点b连接的静触头以及隔离切换开关中的动触头k流向中性点o。

通过以上切换过程可知，在图g中，如果真空管v1、v2出现损坏，真空度不够的话，隔离切换开关中的动触头k与中性点触点a相连的静触头分离过程会出现电弧现象。

当长时间的使用，或由于真空管本身的质量问题，真空管的技术性能降低，开断不完全，使隔离切换开关不能完全等电位开断与接通，隔离切换开关的动触头k在与中性点触点a相连的静触头、与中性点触点b相连的静触头之间切换时就会产生电弧，即下面所描述的动触头202与静触头201或205在接触与断开的瞬间是否存在电弧，这些电弧会污染开关内的变压器油，降低绝缘性能，引起开关故障。

参见图2，图中给出的真空有载分接开关只显示了一相真空管组中的一组真空管组和一相隔离切换开关，一相真空管组中的一组真空管组包括2只真空管201和205，2只真空管201和205安装在绝缘支撑盘204上。一相隔离切换开关包括2只静触头203、207和一只动触头202，隔离切换开关中的2只静触头203、207和一只动触头202设置在在所述绝缘支撑盘外周的上侧。静触头203、207构成图1所述的真空有载分接开关中的与中性点触点a相连的静触头和与中性点触点b相连的静触头，动触头202构成图1所述的真空有载分接开关中的隔离切换开关中的动触头。动触头202在2只静触头203、207之间进行切换。

本发明采用一种真空有载分接开关中真空管真空度在线检测装置来及时检测动触头202与静触头201或205在接触与断开的瞬间是否存在电弧，从而间接测量真空管的性能。

结合参见图3，该真空有载分接开关中真空管真空度在线检测装置包括光传感元件、光引出元件、光电转换装置110、放大、整形、滤波装置120、控制装置130、报警装置140。

光传感元件用以感知每相隔离分接开关中的动触头与n分接侧静触头、n+1分接侧静触头两个静触头在接触与断开的瞬间是否存在电弧。该光传感元件包括一环形导光光纤310和一环形光学聚光镜头311。在绝缘支撑盘204的上表面靠近内孔206边缘位置开设有一环形槽208，环形导光光纤310以接近一个圆周布置在该环形槽208内，环形光学聚光镜头311设置在隔离分接开关中的静触头203、207与环形导光光纤310之间。环形导光光纤310和环形光学聚光镜头311通过每相隔离切换开关的2只静触头203、207、一只动触头202与绝缘支撑盘204之间，用以感知动触头202与静触头201或205在接触与断开的瞬间是否存在电弧。如果存在电弧，环形光学聚光镜头311将电弧的光线聚焦后传导入环形导光光纤310。

光引出元件为一光引出光纤320，该光引出光纤320的入口与环形导光光纤310的出口光连接，环形导光光纤310将接收到弧光通过光引出光纤320引出。

光电转换装置110的输入端与光引出光纤320的输出端通过可插拔接口321光连接，以接收光引出光纤320输出的光信号；该光电转换装置320将所接收的光信号转换成电信号输出。

放大、整形、滤波装置120的输入端与光电转换装置110中的电信号输出端连接，对光电转换装置110输送过来的电信号进行放大、整形、滤波处理后送出；控制装置130的电信号输入端与放大、整形、滤波装置120的电信号输出端连接，对放大、整形、滤波装置120送过来的电信号进行处理并输出一路控制信号和一路报警信号，控制信号送至真空有载分接开关中的电动控制机构150，以控制该电控控制机构150的工作状态；报警信号送入一报警装置140或送入控制机房内的报警终端。

光电转换装置110、放大、整形、滤波装置120、控制装置130、报警装置140配置在一控制箱100内，控制箱100设置所述真空分接开关的外部，当然也可以设置在电控控制机构150内。

环形导光光纤310扑捉到电弧光后，通过光引出光纤320及可插拔接口321引至光电转换装置110的光信号输入端，经过光电转换装置110光电转换成电信号并经放大、整形、滤波装置120放大、整形、滤波后，通过放大、整形、滤波装置120的电信号输出端传输至控制装置120的信号输入端，控制装置120滤除弧光以外的干扰光谱后输出一路控制信号和一路报警信号，控制信号送至真空有载分接开关中的电动控制机构150，以控制该电控控制机构150的工作状态，使电控控制机构150不再进行切换动作，同时记录事件发生的时间等信息。

报警信号送入一报警装置140或送入控制机房内的报警终端进行报警，通知操作人员进行及时维修。

以上内容显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都将落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。