专利名称：基于脉冲放电检测的真空断路器真空度在线监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种真空断路器在线监测设备，特别是一种基于脉冲放电检测的 在线监测装置。
背景技术：
随着真空断路器在中低压领域越来越普遍的应用，由于灭弧室漏气、真空度不足 引起的开断与关合事故时有发生，真空断路器的核心是真空灭弧室，只有在一定的真空度 下，真空开关的可靠性才能得到保证。真空灭弧室的有关标准规定“用以装配真空断路器 的真空灭弧室内的内部气体压力应低于1. 33X10_3I^”，这是指静态条件下的可测参数。运 行中的真空灭弧室的内部气体压力实际是一个动态参数，分断电流时的动态压力可能远高 于这一压强值，达到一两个数量级。当灭弧室接近临界压力状态时，发生短路故障，就可能 出现分断失败。因此，现场工作人员不仅希望在灭弧室出厂前能准确地测出其内部气体压 力，算出真空寿命，而且还希望能在使用过程中实现内部气体压力的现场不拆卸测试，及时 检测出那些低真空度的灭弧室。用于真空度在线检测的间接方法主要有①压力测量法，即检测波纹管变形以便检 测压力，从而折算到真空度，只能检测出严重漏气的灭弧室。由于需要考虑电气隔离问题， 电路结构复杂；②微型冷阴极计法，在真空泡上加装微型冷阴极，结构复杂，成本很高，优点 是可以比较准确的测量到真空度；③放电电流检测法，在真空开关处于分闸状态时检测断 口放电电流；优点是电路简单，缺点是只能在断口处于分闸位置时检测，检测的灵敏度也不 高，因此限制其应用；④电位变化检测法，检测真空度变化后周边电场的变化，信号引出需 采用光纤等高绝缘材料，对探头提供工作电源成为难点；⑤耦合电容法，只能对真空度下降 到一定程度后发生放电时的检测。电位变化检测法和耦合电容法较为先进，不必在断口打开时进行，且检测的灵敏 度是几种检测方法中最高的。但由于通常的电位法采用的泡克尔斯元件是一组光学组件， 价格一时不易达到普及程度且在强振动环境下有干扰问题，灵敏度和电场稳定性亦需加高 压电容进行加强从而导致较大的局部场强，影响灭弧室的安全运行。
发明内容为了弥补现有技术的不足，真空开关在线监测装置综合了电位变化检测法和耦合 电容法的优点，采用倒置式电场检测探头，同时检测电场变化和局部放电信号。由于探头与 灭弧室保持足够的电气距离，保证了真空断路器的安全运行。且有效地降低成本，加强了实 用性。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是它由电场测量探头、智能信号 处理单元、微处理器网络接口单元、上位机四部分组成；其中，由安装在真空断路器正下方 的电场测量探头检测到真空断路器中由于真空度下降产生的微弱的脉冲放电信号，通过信 号输送通道和相应的滤波、放大以及转换器件将局部放电相关的数据送达智能信号处理单
3元，采集到的周边电场信号和局部放电信号后，进行高速信号转换，并经数字信号处理得到 三相基波和高频信号。三相基波经过平衡运算得到周边电场的相对变化从而对应到真空度 的变化，高频信号对应局部放电的信号，也反映到真空度的变化。处理后的基波信号本身就 没有杂波干扰，再经过简单的相位平衡移动即可消除相间干扰，而局部放电信号则由于转 换成能量信号，因此具有很高的抗干扰性能。智能处理单元经过信号判定后给出故障灭弧 室报警信号，同时微处理器网络接口单元将转换的三相基波和高频信号通过485转局域网 与上位主机进行通信。本实用新型的有益效果是灭弧室中的局部放电的中心频率在几十千赫兹，倒置 式检测探头可以轻易的达到该频带，从而能同时测量到局部放电，综合两种主流方法的优 势。同时试验证明，真空度下降后产生的局部放电的能量远大于背景高频噪音，因而可以得 到可靠的判据，也具有很高的抗干扰性能。

图1为本实用新型实施例结构示意图图中电场测量探头1、智能信号处理单元2、微处理器网络接口单元3、上位机4图2为三相电场测量探头图中信号采集头5、高压电容器6、圆形电路板7、分压电容8、接地线9、运算放大 器10、光电隔离器11、外部供电及输出信号单元12图3为智能信号处理单元图中220V电源输入模块13、开关电源14、士 12V电源输出及信号输入单元15、 AVR单片机数据采集单元16、动作继电器17、AVR通信232转485模块18、通信信号输出单 元19
具体实施方式
在图1中，每个真空断路器有三个真空灭弧室，分别承受A、B、C三相的电压，在灭 弧室的正下方的一定距离内固定电场测量探头1，输出的是真空灭弧室的屏蔽罩电位信号， 经过智能信号处理单元2放大、滤波、A/D转换、数据采集系统进行处理；处理后的信号为屏 蔽罩直流分量以及高频分量，通过微处理器网络接口单元3传送到上位机4。上位机4根据 直流分量以及高频分量对真空度进行标定、显示、评估灭弧室内的真空状态。在图2中，电场测量探头1由半圆形的铝质信号采集头5和高压电容器6以及圆形 电路板7组成，圆形电路板7由分压电容8、接地线9、运算放大器10、光电隔离器11、外部 供电及输出信号单元12组成。为避免尖端放电，采集头制作成半圆形，屏蔽罩感应的电荷 会随着真空度的变化发生改变，同时在信号采集头上也会感应出一定的电荷，信号采集头5 和高压电容器6相接触，上述过程引起高压电容器6和分压电容8上电荷的重新分布，通过 检测信号输出端的变化即可跟踪屏蔽罩电位的变化过程，检测到的信号经过运算放大器10 进入光电耦合器11，阻断信号源与信号接收方的电气连接，这样可以有较的阻断电气干扰 以及增强电绝缘能力。其中外部供电及输出信号单元12由智能信号处理单元3提供运算 放大器工作的士 12V电源，以及信号的输出。在图3中，智能信号处理单元结构由供电模块、信号分析模块、通信模块三部分组成其中供电模块由220V电源输入模块13、开关电源14、士 12V电源输出15组成；信号分 析模块由信号输入端子15、AVR单片机数据采集单元16组成；通信模块由动作继电器17、 AVR通信232转485模块18、通信信号输出端子19组成。电路板的电源是由220V电源输 入模块13给由UC3843组成小功率开关电源14产生，通过变压器产生士 12V给电场测量探 头1、士5V给智能信号处理单元2供电。下位机数据采集系统16包括数字和模拟两部分， 主要负责三相探头输出信号的采集、分析和处理。模拟部分共有三路相互独立的采集通道， 分别采集A、B、C三相的经过光电耦合器后的信号，利用可编程增益放大器PGA对信号进行 二次放大，以提高信号的传输能力。数字部分由Atmegaie单片机控制，采用A/D转换模块 采集模拟信号，并通过数字滤波器将采集后的数据进行滤波和交直流分离，得到直流分量 和高频分量，在经过CAN总线传送到上位机。根据程序的判断结果，如果真空度下降，启动 动作继电器17。同时利用AVR通信232转485模块18、通信信号输出单元19将信号传至 上位机4，上位机4对数据进行汇总、分析真空度状态并在控制面板上显示出来，同时存到 Flash中，方便以后查询。
权利要求1.基于脉冲放电检测的真空断路器真空度在线监测装置，其特征是，它由电场测量探 头、智能信号处理单元、微处理器网络接口单元、上位机四部分组成；其中，电场测量探头探 测信号传递给智能信号处理单元，经处理后的数据经过微处理器网络接口单元传送到上位 机。
2.根据权利要求1所述的基于脉冲放电检测的真空断路器真空度在线监测装置，其特 征是，所述的电场测量探头结构为半圆状的铝质信号采集头与高压电容器一端相连接，其 另外一端作为信号输出端与圆形电路板相连接；圆形电路板由分压电容、接地线、运算放大 器、光电隔离器、外部供电及输出信号端子组成。
3.根据权利要求1所述的基于脉冲放电检测的真空断路器真空度在线监测装置，其特 征是，所述的智能信号处理单元结构由供电模块、信号分析模块、通信模块三部分组成其 中供电模块由220V电源输入模块、开关电源、士 12V电源输出组成；信号分析模块由信号输 入端子、AVR单片机数据采集单元组成；通信模块由动作继电器、AVR通信232转485模块、 通信信号输出端子组成。
专利摘要本实用新型涉及一种基于脉冲放电检测的真空断路器真空度在线监测装置。它由电场测量探头、智能信号处理单元、微处理器网络接口单元、上位机四部分组成；其中，电场测量探头将探测信号传递给智能信号处理单元，处理后的数据经过微处理器网路接口单元传送到上位机。此装置电场测量探头可同时探测周边电场变化和灭弧室内局部放电信号，数据处理后的直流信号和高频信号的强度作为断路器真空度下降的双重判据，因此该装置具有较高的灵敏度。
文档编号G01R31/327GK201885852SQ201020541649
公开日2011年6月29日 申请日期2010年9月26日 优先权日2010年9月26日
发明者张阔, 李卫国, 邓鑫, 闫文斌 申请人:北京华电蜂鸟科技有限责任公司