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戶內(nèi)真空斷路器的工作原理

戶內(nèi)真空斷路器的工作原理為研究真空斷路器滅弧室內(nèi)真空度與局部放電狀態(tài)的關(guān)系,設(shè)計(jì)了一套模擬斷路器運(yùn)行的試驗(yàn)平臺(tái),采用特高頻方法測(cè)量了滅弧室內(nèi)不同真空度下的局部放電信號(hào),并利用統(tǒng)計(jì)參數(shù)法統(tǒng)計(jì)出不同壓強(qiáng)下的局放信號(hào)特征參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明隨著滅弧室內(nèi)真空度在0.5~300Pa之間變化,滅弧室局部放電量和次數(shù)有明顯區(qū)別,壓強(qiáng)在15~20Pa之間局部放電強(qiáng)度最大、次數(shù)最多,同時(shí)易發(fā)生間隙擊穿。在此基礎(chǔ)上通過對(duì)局部放電數(shù)據(jù)處理分析,得到不同壓強(qiáng)下局部放電PRPD譜圖,作為間接診斷斷路器滅弧室真空度的依據(jù)。

真空斷路器在電力系統(tǒng)中具有控制和保護(hù)雙重功能。它具有不爆炸、體積小、可靠性高等特點(diǎn),是電力系統(tǒng)一次設(shè)備中維護(hù)工作量最大的設(shè)備之一。如其存在缺陷不僅起不到控制和保護(hù)作用,嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響其他設(shè)備運(yùn)行而造成事故。真空斷路器的主要性能參數(shù)是真空滅弧室的真空度,真空度的高低直接影響真空開關(guān)使用期間的耐壓水平和開斷能力,而真空度主要由于制造質(zhì)量、運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行過程和現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境等原因?qū)е孪陆?。滅弧室的真空度在工程領(lǐng)域有重要意義。

目前已經(jīng)提出多種真空度在線檢測(cè)的方法,如光電變換法、耦合電容方法、屏蔽罩電位檢測(cè)方法等,其中光電變換法使用Pockels電場(chǎng)探頭測(cè)試滅弧室屏蔽罩附近的電場(chǎng)變化來判斷滅弧室內(nèi)真空度狀況;耦合電容法是基于局部放電原理提出的,其靈敏度還有待驗(yàn)證,目前很多問題需進(jìn)一步研究。文獻(xiàn)驗(yàn)證了屏蔽罩上的電位和真空度變化之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,同時(shí)提出了局部放電對(duì)屏蔽罩電位的影響,設(shè)計(jì)了測(cè)量屏蔽罩電位的傳感器。

超高頻局部放電檢測(cè)能夠有效避開低頻電磁干擾,它利用檢波器從高頻載波信號(hào)中提取出低頻調(diào)制信號(hào),而僅保留局部放電信號(hào)的幅值和相位信息,因此頻譜范圍遠(yuǎn)寬于脈沖電流信號(hào),抗干擾能力強(qiáng),靈敏度高。本文通過建立一套模擬真空斷路器運(yùn)行的試驗(yàn)平臺(tái),設(shè)計(jì)了真空斷路器使其真空度可控,模擬真空斷路器的不同真空度故障類型,通過超高頻法來測(cè)量真空斷路器在不同壓強(qiáng)下的局部放電信號(hào),統(tǒng)計(jì)放電信號(hào)在不同壓強(qiáng)下具有的特征,從而診斷滅弧室的真空度。

1、試驗(yàn)原理和裝置介紹

在電磁屏蔽良好的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)(背景噪聲<1pC)設(shè)計(jì)一套模擬真空斷路器運(yùn)行環(huán)境和控制真空度的試驗(yàn)系統(tǒng),主要包括真空控制系統(tǒng)、真空測(cè)量儀表、斷路器運(yùn)行環(huán)境、局部放電測(cè)試系統(tǒng)。真空控制系統(tǒng)采用兩級(jí)真空泵構(gòu)成,以便能抽到滅弧室正常運(yùn)行時(shí)的高真空度;真空腔和滅弧室通過絕緣膠管相連,絕緣膠管不能過長,同時(shí)要保證足夠的電氣安全距離,絕緣膠管長度約為50cm,若太長會(huì)導(dǎo)致兩端有壓強(qiáng)差,真空測(cè)量儀表測(cè)量的數(shù)值不是滅弧室的壓強(qiáng)。


局部放電測(cè)試系統(tǒng)主要包括:試驗(yàn)變壓器的工頻相位信號(hào)、超高頻傳感器、高速數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。斷路器運(yùn)行工作環(huán)境通過在斷路器導(dǎo)電桿施加5.8kV的工作電壓來模擬。試驗(yàn)前真空斷路器滅弧室內(nèi)處于大氣狀態(tài),加5.8kV工作電壓檢測(cè)是否有局部放電,同時(shí)檢測(cè)周圍是否有局部放電的干擾,確定周圍噪聲干擾后,在數(shù)據(jù)處理時(shí)消除外部環(huán)境帶來的干擾,再抽真空到斷路器工作狀態(tài)10-4 Pa等級(jí),此時(shí)調(diào)節(jié)試驗(yàn)變壓器使斷路器工作電壓為5.8kV。穩(wěn)定后逐漸減小滅弧室真空度,使滅弧室真空度壓強(qiáng)平緩降到300Pa,并記錄不同等級(jí)真空度下的局部放電波形。圖2為試驗(yàn)回路示意圖,試驗(yàn)電源經(jīng)自耦調(diào)壓器T1輸出后接入到工頻試驗(yàn)變壓器T2上,T2額定電壓150/0.22kV,額定電流0.1/68.2A。Zch為保護(hù)電阻,阻值為10kΩ,串聯(lián)在T2的輸出端,以限制斷路器發(fā)生閃絡(luò)擊穿造成斷路器表面灼熱損傷。其中C1是連接變壓器高壓側(cè)與真空滅弧室并聯(lián)的電容,其值大小為3 000pF(電纜的長度為15m,單位長度的電容值為0.2μF/km),模擬斷路器線纜終端。

數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備采用了荷蘭TIEPIE公司的HANDY SCOPE HS4數(shù)據(jù)采集卡,該采集卡有4個(gè)數(shù)據(jù)通道,使用其中兩個(gè)通道,局部放電的傳感器采用目前最常用的特高頻傳感器,采集卡其中一個(gè)通道采集特高頻傳感器測(cè)量的局部放電信號(hào),另一通道采集工頻相位,同步采集和記錄試驗(yàn)變壓器的工頻相位和特高頻傳感器測(cè)量的局部放電信號(hào),將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

結(jié)論

① 搭建了模擬真空斷路器運(yùn)行的平臺(tái),通過真空度控制系統(tǒng)模擬斷路器在不同壓強(qiáng)下的氣體放電,利用特高頻傳感器測(cè)量真空滅弧室局部放電信號(hào)。

② 根據(jù)試驗(yàn)可知,真空滅弧室內(nèi)的真空度降低到0.5Pa以上會(huì)發(fā)生局部放電,隨著真空滅弧室真空度的劣化,局部放電密度變大,放電量增強(qiáng)。當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到300Pa時(shí),由于電子平均自由程減小,削弱了分子電離,阻礙了局部放電。

③ 通過PRPD二維譜圖分析出滅弧室不同真空度下局部放電的特征,作為診斷滅弧室真空度的依據(jù)。
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