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真空断路器灭弧室真空度检测浅析
点击次数:3332 更新时间:2014-08-20

一、真空灭弧室基本结构和原理
  真空断路器的灭弧室每一只为一不可拆卸的整体,动、静能为分别焊在动、静导电杆上。静导电杆焊在上法兰盘上,动导电杆上焊一波纹管在导向套内运动。波纹管及导向套焊在下法兰盘上,由瓷柱支撑的金属圆筒屏蔽罩在动静触头外面,再与玻璃外壳形成一密封的腔体。该腔体经过抽真空,真空度一般在10-6Pa以上。当合、分闸操作时,动导电杆上下运动,波纹管被压缩或拉伸,使真空灭弧室内的真空度得到保持。
在真空中由于气体分子的平均自由行程很大,气体不容易产生游离,真空的绝缘强度比大气的绝缘强度要高得多。当开关分闸时,触头间产生电弧,触头表面在高温下挥发出金属蒸气,由于触头设计为特殊形状,在电流通过产生一磁场,电弧在此磁场力的作用下沿触头表面切线方向快速运动,在金属圆筒(即屏蔽罩)上凝结了部分金属蒸汽,电弧在自然过零时就熄灭了,触头间的介质强度又迅速恢复起来。

二、基本测试方法
  以往对于真空断路器灭弧室真空度的检测通常采用工频耐压法,但是这种方法只能粗略地估计灭弧室是否报废,属定质检测。由于真空灭弧室是一个装在开关机构上的密封结构,它的检测较为困难,特别是较短的检修期内完成检测工作,就必须实现真空度的不拆卸测量。针对这一特点,国内市场根据励磁放电原理研制的真空度测试仪应运而生,实现了真空度的高精度不拆卸测量,解决了电力行业真空度测试的技术难题。
真空度测试仪是测量真空开关真空度的一种仪器。对它的可靠性,可首先采用模拟现场测试来评价,将真空开关连接到真空装置上,使得真空开关内部的真空度和真空装置的真空度一致,故真空开关内部的真空度就可以用副标准电离真空计测量,同时真空度测试仪也进行测量,将副标准电离真空计所读取的数据与真空度测试仪读取的数据进行比较(相对误差|P-|max/p×100%一般不大于5%),从而得到真空度测试相对标准电离真空计的精度。通过比较可看出测试仪测量时间短,操作方便,抗干扰能力强,测量精度高,重复性好,为用户详细掌握真空灭弧室的状态提供了依据。

三、测试原理
  将灭弧室两触头拉开一定的距离,施加脉冲高压,将电磁线圈置于灭弧室外侧,向线圈通以大电流,从而在灭弧室内产生与高压同步的脉冲磁场。这样,在脉冲强磁场和强电场的作用下,灭弧室中的电子作螺旋运动,并与残余气体分子发生碰撞电离,能产生的离子电流与残余气体密度(即真空度)近似成比例关系。对于不同的真空管型号(管型)由于其结构不同,在同等触头开距、同等真空度、同等电场与磁场的条件下,离子电流的大小也不相同。通过试验可以标定出各种管型的真空度与离子电流间的对应关系曲线。当测知离子电流后,就可以通过查询该管型的离子电流真空度曲线就得该管型的真空度。这一过程由微计算机自动完成。

      

四、工作过程
  将断路器处于分闸状态,高压输出端接于灭弧室静触头,离子电流输出端接于灭弧室动触头。升压器次级的高电压输出加到灭弧室的触头上,其波形如图2中的曲线V所示。励磁线圈中的脉冲电流如图2中的曲线B所示。

       

当励磁线圈产生的磁场达到某一临界值Bm,灭弧室开始放电,产生离子电流I,如图2中的曲线I所示。该电流经取样回路输入微机。测试时电场电压与磁场电压的充电设置为自动程序,仪器后显示的数据依次为离子电流大值、次大值、稳定值、平均值,并根据离子电流平均值查校准曲线后给出灭弧室真空度测试值。微机根据采集到的离子电流数据分析处理,再根据管型查表求出真空度。以上结果由显示器显示或打印输出。
一般情况下,真空度的测量范围为10-1~10-4,根据国家标准真空度在6.6×10-2Pa以下,属不合格范围,应予以淘汰。
  依据《高压断路器定货技术条件》(99)对于运行中的真空断路器其真空灭弧室的真空度不得大于6.6×10-2Pa和电力部颁标准1.33×10-2Pa,当真空度大于10-2Pa时建议该真空管报废。
  真空开关管的有效期(包括储存期和使用年限)一般在15~20年左右,在允许期之未,真空度不得大于6.6×10-2Pa。对于储存期的真空管也应在规定的使用有效期内进行检查,其真空度也不得大于6.6×10-2Pa。可由下式计算储存期。
T=6.6×10-2Pa-Pn/Pn+1-Pn×tn/365
Pn-真空度测量值。
Pn+1-静止后真空度复测值。
tn-不少于7天。
  根据真空开关使用单位经验,建议投产后3个月,6个月,1年各进行一次预防性试验,然后再按正常的预试周期进行预试,从而达到在真空开关不稳定期间内加强对其运行检测的目的。通过测量试验和统计对真空泡的运行状态作出综合的判断。

五、结束语
  真空开关作为我国电力行业日趋普及的高压电器,其内部的真空度直接影响着开断性能,关系着电力系统运行的安全性,因此灭弧室的真空度检测是非常必要的。
  采用真空度测试仪,实现了真空灭弧室不拆卸条件下的真空度量测量,由微计算机零时控制数据采集处理,自动完成整个测试过程,可直接显示真空度数据,测量范围达10-1~10-4Pa,并从App设计上进行处理,滤去干扰因素,提高了现场抗干扰能力和测量精度。
  对所有应检真空管的测试数据进行打印存档,做好交接试验记录,投产初期即6个月至2年这段时间,真空开关的运行状态较不稳定,需加强运行检测,对个别真空度接近国标的真空管应制定短期复检计划。

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