10kV真空断路器真空度在线监测系统应用

1  引言 
    真空断路器由于灭弧能力强、电气寿命长、现场维护方便、技术含量高等优点，在电力系统基本建设及无油化改造中，被广泛选用。尤其是在l0kV电压等级，真空断路器已经成为高压断路器的型式。然而，在运行中的真宅断路器灭弧室，其真空度有可能因为许多原因在不知不觉中下降，按常规，我们只有在定期的预试时才能发现设备存在的缺陷。如果在预试周期内，真空灭弧室内气体压强升至1xl0-1Pa以上时，将*有可能因为真空度的下降使断路器在短路故障分闸时动、静触头之间产生放电击穿，使真空灭弧室不能有效灭弧，严重情况下真空断路器将发生爆炸，造成设备损坏事故以及输电线路停电，导致严重的经济损失。因此，如何才能实时在线观测到真空断路器灭弧室的真空度，以防范事故于未然？这已经成为电力系统十分关注的一个问题。 　　
    本文介绍成都旭光股份有限公司研发的ZXC型在线真空监测器的工作原理、现场安装方法以及在云南电网公司滇西*的应用情况。 
    2  真空监测装置工作原理及基本性能 
    2.1  工作原理 
    真空灭弧室在制造过程中，静触头端安装了真空传感器，真空传感器的功能就是将灭弧室内的气体压强转换成离子流信号。在l0kV电网中，真空传感器通过离子柱对地形成回路，离子柱的一端与传感器相连，另一端接地，利用l0kV电网每一相的对地电压，将灭弧室内的真空压强转换成安全的电信号，传递给显示器显示出灭弧室内的气体压强。
    在线真空监测装置的显示方法是根据真空传感器离子流特性曲线和输配电电网实际运行条件统筹考虑而设计的。  
    由于输配电电网相对地电压是波动的，并且受各种强信号干扰（如雷电、脉冲电信号、强磁场变化等），从离子流特性曲线可以看出，由于施加在真空传感器两端相对地电压是交流电压，在灭弧室内气体压强低于5×10-3Pa时，真空传感器几乎不产生离子流：当灭弧室内气体压强高于5×10-1Pa以后，其离子流处于饱和状态。为了实现在线真空监测装置稳定的显示效果，设汁方面采取了以下措施：气体压强相隔半个数量级显示。当气体压强低于5×10-3Pa时，显示<5×10-3Pa。高于5×10-1Pa时，显示>1×10-1Pa。经过多次试验与理论分析，真空灭弧室气体内部压强<1×10-2Pa时，灭弧室性能与耐电性能正常。所以在显示此类压强（<5x10-3Pa、5x10-3Pa、1x10-2Pa）同时，真空等级指示为安全，绿色指示灯亮。当灭弧室内气体压强上升至5x10-2Pa时，真空灭弧室性能和耐电压性能也正常，但是处于临界状态，如果气体压强继续上升。其耐电压性能就明显下降。在峰值大电流通过情况下分闸，真空灭弧室就起不到灭弧作用。所以蒋此压强设定为过渡性真空压强。用橙色指示灯表示，同时发出短时（一次20s左右）提示性报警，提醒工作人员灭弧室内气体压强已经上升至临界状态，应该立即进行更换。 
    2.2  基本性能 
    用于10kV电网的真空度在线监测，目前成都旭光电子股份有限公司已经根据客户需求研发ZXC-1，ZXC-2，ZXC-3三种型号的监测装置。三种型号各有用途，用户可以根据实际需要进行选配。 
    ZXC-1型适用于单台断路器柜，面板可以显示A，B，C相别以及与之对应的灭弧室真空度，三色灯显示真空安全等级，根据使用要求，装置可以增加计算机信号转换功能，可远距离（zui远距离1000米）传递给电脑显示。 
    ZXC-2型适用于l～79台断路器柜集中循环监测显示，比较适台于老站改造。其面板可以显示断路器柜号和A，B，C相别以及与之对应的灭弧审真空度，三色灯显示真空安全等级。装置可以逐台、逐相、循环检测显示变电站内各台真空断路器柜内所有真空灭弧室的气体压强情况。由于技术原因，该装置还不能实现计算机信号转换功能。 
    ZXC-3型在线真空监测器适用于单台真空断路器，将从每相离子拄取来的安全测量信号，转换成计算机信号；该装置可用于老站改造，也可以用于新站建设，可以将多台装置输出信号并联，远距离传输给电脑进行显示，是未来无人值守变电站与电气化铁路。 
    离子柱可以安装在ZN28A等分体式真空断路器上，也可以安装在VS1等真空断路器上，安装方式分别见图3、图4，断路器中每只带有传感器的真空灭弧室各接一根离子柱，显示器安装在开关柜仪表箱处。用户可在正常输电情况下，不用断电，就可随时知道断路器内三只灭弧室的真空度情况。 
    3  使用效果评价 
    旭光公司早在2000年10月份就研制出这一套真空度在线监测系统，同时在电力设备中投入试运行。2001年8月该在线监测系统通过了由来自中国电力*电力开关所、西高所等全国13位专家的技术鉴定。 
    2003年7月石南省滇西*结合110kV清华洞变电站10kV 13台GG-1A柜断路器无油化改造，采用了ZN28-12分装式断路器带在线真空监测器（ZXC-2型）。由于云南电力系统此前还没有运行经验，该在线监测系统在滇西*作为试点项目，该装置投人运行之后，我们可以在一次系统不停运的状态下十分清楚地观测到真空灭孤室真空度数据，改变了原来只有在定检预防性试验时才能得到设备健康状况数据的局面，对提高设备健康水平和提高我局供电可靠性都起到了积极的作用。装置经过了2年多的运行，效果良好。该装置监测技术构思新颖，设计合理。配套使用方便，产品为国内*，在真空断路器真空度在线监测方面具有国内水平。 
    4  使用中存在的不足与改进措施 
    首先这套在线监测系统必须使用特殊的、安装有真空传感器的真空灭弧室，必须在做断路器无油化改造方案时就一并考虑，否则会造成重复更换真空灭弧室的经济损失。这将使该在线监测系统在已经进行过无油化改造的变电站中的推广应用受到了一定的阻碍。但是随着电力系统对该项技术需求的日益增长和谈项技术的口趋完善，真空断路器在线监测技术将会得到越来越多的工程技术人员和设计人员的认可与采纳。 
    其次，由于我局安装该系统时，1lOkV清华洞变电站还没有进行综合自动化站改造，所以当时该在线监测系统上没有考虑与监控系统的通讯接口问题以致在综合自动化改造之后，该系统信号不能接入后台机，更不能把监测数据实时进行远传。不过，这一点已经可以通过上面介绍的ZXC-3型监测器解决，用户可以根据实际需要增设与计算机通讯的输出接口配上软件进行远程监控。