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真空斷路器在線檢測的探討

[大中小]

1　真空斷路器的發展趨勢與存在的問題
　　真空斷路器的優越性不僅是無油化設備，而且還表現在它具有較長的電壽命、機械壽命、開斷絕緣能力大、連續開斷能力強、體積小、重量輕、可頻繁操作、免除火災、運行維護少、故障率低等優點，是無人值守變電所較為理想的電氣設備。目前國內外都在大量開發和使用，并具有完全替代油滅弧介質的趨勢。目前，變電所大多采用了多功能微機(電子)保護裝置，綜合自動化程度也隨之提高，趨向無人值守的要求已經基本具備。因此，對主電氣設備要求具有一定的在線檢測(自檢)功能，真空斷路器也不應例外。真空斷路器的常見故障主要表現有兩大部分：
　　(1)　機械故障。由于這類故障率與電氣故障率相比，幾率較小，要實施在線檢測還待有關部門進一步在構造、尺寸、組合方式上統一方案。
　　(2)　電氣故障。這類故障是直接威脅電網安全持久穩定運行的主要問題，而且它的幾率不容忽視。就真空斷路器的一次電氣故障與機械故障相對而言，不僅故障性質嚴重而且有較大的隱蔽性、突發性、隨機性、并且難以及時預報。因此，也常見到廠家在出廠報告中提醒用戶觀察真空滅弧室的斷弧物理現象。因此，這類故障不僅威脅電網的安全也是極易造成人身、國民經濟損失的主要問題。
2　解決真空斷路器的在線檢測方法
　　目前，有關真空斷路器的在線檢測方法不少，常見的有下列幾種：①電容感應法；②人工中性點法；③高壓電場感應法；④阻容分壓法；⑤光電遙感法。
　　除此以外還有利用潘寧放電原理(電磁風)構成的真空斷路器在線測量方法。
　　概括起來看，各有特點。它們雖然也能在特定的情況下，獲取真空滅弧室因漏氣而導致真空斷路器斷口開斷能力下降的信號，經過電化處理達到告警、閉鎖的目的。若要全面推廣使用還有許多問題可以商榷。

圖1　人工中性點法示意圖
　　就人工中性點法的方法來看(見圖1)，圖中的C、R用高壓電容或者高值電阻來形成人工中性點，盡管整體回路阻(抗)值或很大(用高壓電容構成時容抗很大)，在正常工作狀態下對整個系統確實沒有多大影響。用高壓電位與N(接地)點參考來進行真空斷路器是否完好狀態的檢測，是有一定道理和特點。如果該類方法大量使用，而部分真空斷路器檢修或者故障時，顯而易見它們是主系統與地之間形成的一個虛擬接地點，因此在安全工作和繼電保護的定值計算，運行配網的組織方案上是不能不考慮的。至于其他的方案也不免存在體積大、結構繁、抗干擾差、抗震能力低、數據不易遠傳以及只能對玻璃外殼或者便于觀察的真空斷路器有效等。因此使這些方法在普及和實際采納時都要認真考慮實際影響和可行性。
　　其實，真空斷路器的在線檢測也是可以用其他方法實現的，而且也不算十分復雜。這個課題的興趣是測量真空滅弧室的負壓變化情況。它的要點是在線檢測裝置本身不僅要有較好的電氣絕緣能力和較小的體積、可靠的運行性能，還要盡量具備安全規范、標準合理、使用方便、維護最少、周期穩定。此外，還要具有數據遠傳和就地告知的雙重功能，通訊方面也要具備標準的傳輸特點，不能象繼電保護那樣各樹一幟。
　　要搞好真空斷路器滅弧室在線檢測的工作必須符合當前電網的運行機制和反饋要求，否則一相情愿的結果也只能解決一個局部問題而帶來一些不必要的重復工作或累贅。
3　具體方法的實現
　　實現的基本方法是利用機械傳感器來改變光纖傳輸光信號的折射角度和導通量，以改變接受端光纖的傳送量，然后經過后續處理電路來判別、處理、傳訊等工作，從而達到在線檢測的目的。利用這個方法的好處是：
　　(1)　可以很好地解決高壓電器對地的絕緣問題。
　　(2)　檢測靈敏度不但實際而且比較高。
　　(3)　對光電、磁場、輻射、震動以及環境污染等都有比較強的抗拒能力。
　　(4)　結構簡單，與真空滅弧室自成一體
　　(5)　使用非常方便，基本無需檢修。
　　(6)　具有實現就地和遠方監控的基本條件。
　　(7)　壽命持久，基本與真空滅弧室同等壽命。
　　(8)　成本低廉。
　　在真空滅弧室的頂或地蓋部有一個壓力檢測部件--傳感器(波紋管、彈性薄膜或者其他彈性元件下同)，在其內部設有一個輔助張力元件，以增強檢測器件的抗疲勞能力。在檢測器件頂部還設有調整裝置和信息傳遞元件一道構成信息傳感器。在正常情況下，壓力檢測部件(在真空滅弧室內部呈現高度真空狀態下)受外界自然大氣壓的作用呈現高度壓縮狀態。當真空滅弧室有泄漏后(外界大氣進入)，將會改變真空滅弧室的內部真空度壓力，從而迫使壓力檢測部件改變它的壓縮狀態，啟動信息傳感器、改變發射與接收光纖的光源傳遞接合部；改變光纖B接受光纖A的照射量。后繼處理電路(見圖2)的光電轉換器G1隨著光纖B的傳送量改變而改變IC1(運算放大器)的輸出參量。然后經過后繼處理電路對此參量進行再一次加工，以最終達到報警、閉鎖目的。

圖2　在線檢測基本方法示意圖
　　該方法的可行性不僅具有選材方便、整體設計結構合理、電氣絕緣能力較高的優點，而且實現方法簡單和即使斷路器嚴重事故時也不會因為檢測裝置的存在而給電網造成額外影響。該方法可實施的理由是：
　　(1)　用特殊材料制造的檢測器件具有自由恢復鋼度好，測量能力可以達到10-7。
　　(2)　有機光纖具有較好的導光性能(短距)，并且自身轉換特性具有一定的線性能力。
　　(3)　有機光纖具有較好的電氣絕緣能力，平均可以達到每kV/cm以上。
　　(4)　有機光纖在短距離內傳送信號不需要做專門的光電轉換工作。
　　(5)　有機光纖的柔韌性、防腐能力、阻燃能力比較好，比較適合此項目使用。

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