一种微波的真空断路器真空度预警装置的制造方法

文档序号:10804838阅读:639来源:国知局
一种微波的真空断路器真空度预警装置的制造方法
【专利摘要】一种微波的真空断路器真空度预警装置,包括微处理器模块、微波发生电路、微波反馈电路,微处理器模块分别连接功能按键模块、声光报警模块、远程通讯接口。微处理器模块分别连接微波发生电路、微波反馈电路,所述微波发生电路、微波反馈电路连接同轴线。本实用新型一种微波的真空断路器真空度预警装置,能够承受高电压、强电场以及工作时有温升条件下的环境温度,该装置的安装不影响真空断路器的各项性能指标。该装置能够精确反应真空断路器真空度的优劣情况,通过远程通讯接口连接监控室,能够同步、直观的显示装置采集和传输的数据信息。
【专利说明】
一种微波的真空断路器真空度预警装置
技术领域
[0001] 本实用新型一种微波的真空断路器真空度预警装置,涉及真空断路器真空度检测 领域。
【背景技术】
[0002] 真空高压断路器是电力系统中最重要的设备之一,它在电网中主要起着控制、保 护、安全隔离的作用,具有绝缘性能好、开距小、电弧电压低、电弧能量小、电气机械寿命高、 开合额定开断电流次数多等一系列优点,普遍用于10_35kV开关柜内,其运行状态直接决定 电力系统的安全和效益。真空断路器在运行过程中真空度会逐步下降,真空泄露到一定程 度,分合闸时开关会发生爆炸。目前,供电系统大都采用真空断路器断口间交流耐压试验进 行真空度检测,该技术仅能检测到断路器真空度是否完好,但对真空灭弧室初期泄露检测 不明显,更不能量化真空度,对真空度预警上存在盲区。
[0003] 由于真空断路器在10~35kV供电网络中的重要性,并且真空断路器复杂的密封结 构也不允许以常规手段进行检修,故真空度运行性能的带电监测已经成为一次设备状态检 修领域的重要课题。目前用于试验的断路器真空度检测方法有很多,但是大部分都是离线 检测方法,主要包括:工频耐压法,观察法,火花检漏计法,吸气剂颜色变化判定法,高频放 电法,磁控放电法,脉冲电流法等,相对来说,其应用已经较为成熟。为提高配电系统的供电 可靠性,减少停电时间,提高经济效益,人们提出了对于断路器真空度的在线监测。这意味 着要在不改动真空断路器主体结构以及需要在带电的前提下,且无论断路器处于合闸还是 断开的状态,都可以随时监测其真空度的变化,从而对真空断路的真空度进行预警。

【发明内容】

[0004] 本实用新型提供一种微波的真空断路器真空度预警装置,能够承受高电压、强电 场以及工作时有温升条件下的环境温度,该装置的安装不影响真空断路器的各项性能指 标。该装置能够精确反应真空断路器真空度的优劣情况,通过远程通讯接口连接监控室,能 够同步、直观的显示装置采集和传输的数据信息。
[0005] 本实用新型所采用的技术方案是:
[0006] -种微波的真空断路器真空度预警装置,包括微处理器模块、微波发生电路、微波 反馈电路,微处理器模块分别连接功能按键模块、声光报警模块、远程通讯接口。微处理器 模块分别连接微波发生电路、微波反馈电路,所述微波发生电路、微波反馈电路连接同轴 线。
[0007] 所述微波反馈电路包括差动放大电路、带通滤波器、整流滤波电路。
[0008] 所述微处理器模块为66AK2L06型微处理器。
[0009] 所述远程通讯接口为RS485通讯接口。
[0010] -种微波的真空断路器真空度预警装置,安装到真空断路器被监测部分的正对面 15cm左右范围内,或者是小推车上。因为800MHz的微波的在真空中的波长为0.375cm,在其 余介质中的波长均小于该值,而传播距离越长,对波的衰减越严重,同时每半个周期均会出 现一个最大幅值,因此只需要在半个波长范围内,即18.75cm,加上真空屏蔽罩离最外层的 距离,监测装置装到被监测部分正对面L=15cm左右的范围即可。
[0011] -种微波的真空断路器真空度检测方法,同轴线发出微波信号,在空气中传播到 真空断路器的被监测部分,微波信号依次经过上绝缘硅橡胶复合套管、左侧空气层、硅胶 层、右侧空气层到达真空灭弧室;再经过陶瓷、真空灭弧室内气体,最后再金属屏蔽罩上发 生全反射,在微波信号穿过的这些介质中,除了真空灭弧室内气体的介电常数会变化外,其 余介质的介电常数均不变;采用传输法进行介电常数的测量,用微波信号的反射系数对介 电常数的变化进行量化,从而测出真空断路器中真空度的变化。
[0012] 一种微波的真空断路器真空度预警方法,接收并处理微波反射信号,得到反射波 的振幅,当真空灭弧室内真空度下降时,真空灭弧室内气体的相对介电常数就变大,使得反 射波的振幅下降;当真空度下降到一定程度时,此时反射波的振幅也下降到了阈值,声光报 警模块就会出现声光报警,同时给远程监控室提出预警。
[0013] 本实用新型一种微波的真空断路器真空度预警装置,能够承受高电压、强电场以 及工作时有温升条件下的环境温度,该装置的安装不影响真空断路器的各项性能指标。该 装置能够精确反应真空断路器真空度的优劣情况,通过远程通讯接口连接监控室,能够同 步、直观的显示装置采集和传输的数据信息。
【附图说明】
[0014] 图1为12kV真空断路器电压等级和开始放电压力的关系图。
[0015] 图2(a)为本实用新型的电压反射系数、入射电压波的振幅、反射电压波的振幅电 路图。
[0016] 图2(b)为图2(a)的等效电路图。
[0017] 图3为本实用新型装置的硬件连接示意图。
[0018]图4为本实用新型的测试原理图。
[0019]图5为本实用新型的等效电路图:
[0020]其中图5(a)是图4的等值电路;
[0021] 图5(b)是从真空灭弧室内气体看过去的输入阻抗电路;
[0022] 图5(c)是从陶瓷看过去的输入阻抗电路;
[0023] 图5(d)是从右侧空气层看过去的输入阻抗电路;
[0024] 图5(e)是从硅胶层看过去的输入阻抗电路;
[0025] 图5(f)是从左侧空气层看过去的输入阻抗电路;
[0026] 图5(g)是从上绝缘硅橡胶复合套管看过去的输入阻抗电路;
[0027] 图5(h)是从空气看过去的输入阻抗电路。
[0028]图6为本实用新型的安装示意图。
[0029]其中:1-同轴线,2-微波发生电路,3-微波反馈电路,4-微处理器模块,5-功能按键 模块,6-声光报警模块,7-远程通讯接□,8-微波信号,9-真空断路器的被监测部分,10-上 绝缘硅橡胶复合套管,11-左侧空气层,12-硅胶层,13-右侧空气层,14-真空灭弧室,15-陶 瓷,16-真空灭弧室内气体,17-金属屏蔽罩。
[0030] 18-上出线端子,19-导电夹,20-下出线端子,21-法兰,22-绝缘拉杆,23-电流互感 器,24-下绝缘硅橡胶复合套管,25-压簧,26-硅橡胶出线套,27-拉杆套,28-指针。
【具体实施方式】
[0031] 一种微波的真空断路器真空度预警装置,包括微处理器模块4、微波发生电路2、微 波反馈电路3,微处理器模块4分别连接功能按键模块5、声光报警模块6、远程通讯接口 7。微 处理器模块4分别连接微波发生电路2、微波反馈电路3,所述微波发生电路2、微波反馈电路 3连接同轴线1。
[0032] 所述微波反馈电路3包括差动放大电路、带通滤波器、整流滤波电路。先用带通滤 波器滤波,然后经过整流滤波电路处理,最后利用差动放大电路对微波进行处理。
[0033] 所述微处理器模块4型号:66AK2L06
[0034] 所述远程通讯接口 7型号:RS485通讯接口。
[0035] 所述功能按键模块5包括两个独立按键,分别实现自检、复位功能。
[0036] 所述声光报警模块6包括发光二极管、蜂鸣器。
[0037] 真空断路器真空度< 6.6 X HT2Pa时,真空断路器的带电分、合触头与中间屏蔽罩 之间的绝缘状态良好。但随着真空断路器的存放、运行的时间增加,真空灭弧室14的真空度 会降低。当真空断路器的真空灭弧室14内真空度劣化时,真空灭弧室14中的闭合触头与屏 蔽罩之间会产生放电,放电大致分为预防电和击穿放电两个阶段。当真空度劣化时,会出现 预防电,此时的真空度仍处于高真空状态。在实际运行过程中,12kV真空断路器真空灭弧室 内压强上升到5~IOPa时击穿电压才会大幅度下降,如图1所示。影响电力系统正常的生产, 因此只要能在IOPa之前时对真空断路器真空度进行预警,就能保证真空断路器得到最大程 度的使用。
[0038] 真空度与气体的相对介电常数相关,真空度越大,相对介电常数越大。当真空灭弧 室14内处于真空时,真空灭弧室14内气体的相对介电常数为1。当真空灭弧室14内真空度等 于IOPa时,真空灭弧室14内气体的相对介电常数则变成了 1.00000006。而相对介电常数的 改变也改变了微波信号的波阻抗,从而使微波信号的电压反射系数也随之改变。如图2(a) 所示,电压反射系数F就是入射电压波的振幅与反射电压波的振幅的比值,
从公式可以看出,Γ跟波阻抗相关,也就是和相对介电常数即与真空度相关,可以通过反射 电压波的振幅体现出来。如图2(b)是图2(a)的等效电路,从Z = -I处朝负载看去的输入阻抗
通过真空断路器真空度预警装置发射微波信号8并接受反射回来的微 〇 波信号,经过微波反馈电路3的处理,得到电压振幅。当电压振幅下降到一个阈值时,说明真 空灭弧室内气体16的真空度到了可允许的最高上限,本实用新型装置就会报警,已达到在 线预警目的。
[0039] 如图4、图5所示,本实用新型一种微波的真空断路器真空度预警装置,通过同轴线 1发出800MHz的微波信号8,在空气中传播到真空断路器的被监测部分9,微波信号8依次经 过上绝缘硅橡胶复合套管10、左侧空气层11、硅胶层12、右侧空气层13到达真空灭弧室14; 再经过陶瓷15、真空灭弧室内气体16,最后在金属屏蔽罩17上发生全反射。在微波信号8穿 过的这些介质中,除了真空灭弧室内气体16的介电常数会变化外,其余介质的介电常数均 不变。采用传输法进行介电常数的测量,用微波信号8的反射系数对介电常数的变化进行量 化,从而测出真空断路器中真空度的变化。
[0040] 等效电路如图5所示,
其中μ〇 = 4π X l(T7H/m为真空磁导率, ε〇 = 8.854Χ10-12F/m为真空介电常数,ε:为介质的相对介电常数。
.其 中ω =2π · f为角频率,μ为介质的磁导率。在正常状态下,上绝缘硅橡胶复合套管10、空气、 左侧空气层11、右侧空气层13、硅胶层12、陶瓷15、真空灭弧室内气体16和金属屏蔽罩17的 磁导率均等于真空磁导率。
[0041 ]空气、左侧空气层11、右侧空气层13的4=1.000585,上绝缘硅橡胶复合套管10的 ~ = 2.2~3.5,硅胶层12的~2 5.1,陶瓷15的~2 6,金属屏蔽罩17的~<10。根据各个介质 的相对介电常数和磁导率,分别算出波阻抗ZU2、Z3、Z 4、Z5、Z6、Ζ7和Z8,以及传播常数H 03、04、05、06、07、后8。
[0042]图(5a)是图4的等值电路。图(5b)是从真空灭弧室内气体16看过去的输入阻抗为 Zin7 = Z8,此时真空灭弧室内气体16与金属屏蔽罩17分界面上的反射系数
[0044] Zin7:从真空灭弧室内气体16看过去的输入阻抗;
[0045] Zs:金属屏蔽罩的波阻抗;
[0046] Γ 78:真空灭弧室内气体16与金属屏蔽罩17分界面上的反射系数;
[0047] Z7:真空灭弧室内气体的波阻抗。
[0048]图(5c)是从陶瓷15看过去的输入 此时陶瓷15与真空 灭弧室内气体16分界面上的反射系数
[0049] Zin6:从陶瓷15看过去的输入阻抗;
[0050] Z7:真空灭弧室内气体中的波阻抗;
[0051] Γ78 :真空灭弧室内气体16与金属屏蔽罩17分界面上的反射系数;
[0052] β7:真空灭弧室内气体16的传播常数;
[0053] d6:真空灭弧室内气体16的厚度;
[0054] Γ67:陶瓷15与真空灭弧室内气体16分界面上的反射系数;
[0055] Z6:陶瓷15中的波阻抗。
[0056]图(5d)是从右侧空气层13看过去的输入阻抗 此时右侧空
气层13与陶瓷15分界面上的反射系数 同理可从图(5d)-直等效到图(5h)。 c 图(5h)时从空气看过去的输入阻抗
而空气与上绝缘硅橡胶复合套 管10分界面上的反射
即为所有反射波叠加后的微波反射波的反射系 数。用装置接收并处理微波反射信号,得到反射波的振幅。当真空灭弧室14内真空度下降 时,真空灭弧室内气体16的相对介电常数就变大,使得反射波的振幅下降。当真空度下降到 一定程度时,此时反射波的振幅也下降到了阈值,声光报警模块6就会出现声光报警同时给 远程监控室提出预警。
[0057] Zin5:从右侧空气层13看过去的输入阻抗;
[0058] Z6:陶瓷15中的波阻抗;
[0059] Γ67:陶瓷15与真空灭弧室内气体16分界面上的反射系数;
[0060] β6:陶瓷15的传播常数;
[0061] d5:陶瓷15的厚度;
[0062] Γ56:右侧空气层13与陶瓷15分界面上的反射系数;
[0063] Z5:右侧空气层13中的波阻抗;
[0064] Zinl:从空气看过去的输入阻抗;
[0065] Ζ2:上绝缘娃橡胶复合套管10中的波阻抗;
[0066] Γ23:上绝缘硅橡胶复合套管10与左侧空气11分界面上的反射系数;
[0067] &:上绝缘硅橡胶复合套管10的传播常数;
[0068] cb:上绝缘硅橡胶复合套管10的厚度;
[0069] Γ12:空气与上绝缘硅橡胶复合套管10分界面上的反射系数;
[0070] Z1:空气中的波阻抗。
[0071] 实施方式:
[0072] 如图6所示:将本实用新型装置安装到真空断路器被监测部分5的正对面2m范围 内,或者是小推车上,利用微波反馈电路3接收并处理微波反射信号,再利用微处理器模块4 判断反射信号振幅是否到达阈值,当振幅达到阈值时,说明真空断路器的真空度出现了劣 化,将判断结果通过声光报警模块6进行现场报警,并通过远程通讯接口 7将结果传输至远 程监控室。当IOkV真空断路器真空度出现劣化时,声光报警模块6会亮灯并发声,同时远程 监控室的显示屏会同步显示故障。
【主权项】
1. 一种微波的真空断路器真空度预警装置,包括微处理器模块(4)、微波发生电路(2)、 微波反馈电路(3),其特征在于,微处理器模块(4)分别连接功能按键模块(5)、声光报警模 块(6)、远程通讯接口(7);微处理器模块(4)分别连接微波发生电路(2)、微波反馈电路(3), 所述微波发生电路(2)、微波反馈电路(3)连接同轴线(1)。2. 根据权利要求1所述一种微波的真空断路器真空度预警装置,其特征在于,所述微波 反馈电路(3)包括差动放大电路、带通滤波器、整流滤波电路。3. 根据权利要求1所述一种微波的真空断路器真空度预警装置,其特征在于,所述微处 理器模块(4)为66AK2L06型微处理器。4. 根据权利要求1所述一种微波的真空断路器真空度预警装置,其特征在于,所述远程 通讯接口( 7)为RS485通讯接口。5. 如权利要求1~4任意一项所述的一种微波的真空断路器真空度预警装置,其特征在 于,该装置安装到真空断路器被监测部分(9)的正对面15cm左右范围内,或者是小推车上。
【文档编号】H01H33/668GK205487934SQ201620271397
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】黄悦华, 袁雪珺, 程江洲, 陈晨, 张迪, 曹诗龙
【申请人】三峡大学
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