一種基于無線真空傳感器的真空度在線監(jiān)測電力真空開關(guān)的制作方法
【專利摘要】一種基于無線真空傳感器的真空度在線監(jiān)測電力真空開關(guān)，涉及具有真空度在線實時監(jiān)測功能的真空開關(guān)設(shè)備，包括A、B、C三相真空滅弧室，真空滅弧室中置入有無線真空傳感器，真空滅弧室外配設(shè)真空度監(jiān)測、預(yù)警裝置，所述的無線真空傳感器與真空度監(jiān)測、預(yù)警裝置采用無線信號連接，其監(jiān)測方法為，無線真空傳感器直接監(jiān)測真空滅弧室內(nèi)部的真空度，通過無線方式傳輸?shù)秸婵斩缺O(jiān)測、預(yù)警裝置，實時顯示真空度并發(fā)出真空滅弧室漏氣預(yù)警和漏氣報警，實現(xiàn)電力真空開關(guān)的運行真空度在線監(jiān)測與預(yù)警。解決了電力真空開關(guān)的真空度在線監(jiān)測，以及監(jiān)測單元和被監(jiān)測物的高壓絕緣的難題，大大降低了電力真空開關(guān)真空度劣化導(dǎo)致的事故，提高了設(shè)備的可靠性。
【專利說明】一種基于無線真空傳感器的真空度在線監(jiān)測電力真空開關(guān)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電力系統(tǒng)高壓開關(guān)設(shè)備和無線真空監(jiān)測技術(shù)，尤其是涉及一種具有真空度在線實時監(jiān)測功能的電力真空開關(guān)，同時提供使用這種電力真空開關(guān)進行真空度在線監(jiān)測的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]電力高壓開關(guān)是電網(wǎng)中最重要的高壓電氣設(shè)備，其種類主要包括SF6開關(guān)、真空開關(guān)和油開關(guān)三類，其中真空開關(guān)具有良好的電流開斷特性，同時成本低、體積小，成為12KV >40.5KV電壓等級的主流聞壓開關(guān)，具有很聞的市場占有率，廣泛應(yīng)用于電力真空開關(guān)柜、電力真空斷路器、柱上真空開關(guān)、負荷真空開關(guān)等電力設(shè)備。隨著真空開關(guān)可靠性的提高，應(yīng)用于110KV、220KV等高電壓等級也具有廣闊的前景。
[0003]隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，對真空開關(guān)的開斷可靠性提出的要求越來越高，真空開關(guān)的運行狀態(tài)在線監(jiān)測對保障電網(wǎng)安全、實現(xiàn)狀態(tài)檢修具有重要意義。目前已開發(fā)了多種真空開關(guān)的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，包括行程-時間、彈簧拉力、觸頭電壽命、合分閘線圈電流、儲能電機狀態(tài)、溫升等的在線監(jiān)測、局部放電在線監(jiān)測，對提高真空開關(guān)的可靠性發(fā)揮了重要作用，但決定真空開關(guān)開斷性能的最關(guān)鍵因素是其真空滅弧室內(nèi)部的“真空度”，當真空滅弧室的真空度低于KT1Pa時真空開關(guān)將喪失電流開斷能力，對電網(wǎng)安全運行構(gòu)成重大安全威脅。目前，由于技術(shù)上的限制，實現(xiàn)真空開關(guān)真空度的在線監(jiān)測、預(yù)警存在技術(shù)困難，或者成本高、需要高壓隔離。只能依靠出廠檢測、定期維修的真空度檢測，這不能滿足日益增長的提高真空開關(guān)可靠性以及設(shè)備狀態(tài)維修的要求。因此，真空開關(guān)的真空度在線監(jiān)測對提高真空開關(guān)可靠性、保障電網(wǎng)安全具有關(guān)鍵性的作用。
[0004]在真空開關(guān)的壽命周期內(nèi)，真空滅弧室的真空度的維持完全依靠其自身的真空密封性能，實現(xiàn)完全不漏氣、并在長期運行保持高真空，在技術(shù)上具有很高的要求和工藝難度。雖然真空滅弧室的真空密封性能要比SF6開關(guān)的密封性能要高很多，但真空開關(guān)可靠性卻通常被認為不及SF6開關(guān)，這主要是SF6氣體密度可以在線監(jiān)測，而真空開關(guān)的真空度難以在線監(jiān)測，當SF6氣體發(fā)生緩慢泄露時可以及時補氣，因此業(yè)界認為SF6斷路器具有更高的可靠性。正是由于對真空開關(guān)可靠性的擔憂，真空開關(guān)的應(yīng)用目前僅集中在12KV、40.5KV中壓等級，其實真空度良好的真空開關(guān)在更高的電壓等級，如110KV、220KV，也同樣具有良好的開斷性能。由于真空開關(guān)成本低、體積小和環(huán)境友好等顯著優(yōu)勢，如能應(yīng)用于110KV、220KV等高電壓等級，對輸變電技術(shù)產(chǎn)生重大影響，也將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益，同時消除溫室氣體SF6的排放，產(chǎn)生極大的環(huán)境效益。真空開關(guān)能否推廣到高電壓等級的輸變電系統(tǒng)，其關(guān)鍵是提高真空開關(guān)的可靠性。
[0005]雖然制造真空滅弧室的真空材料、真空密封工藝技術(shù)已達到了相當成熟的程度，真空滅弧室的漏氣率不斷下降，但要實現(xiàn)所有真空滅弧室完全不漏氣是非常困難的，尤其是極低漏率的測試技術(shù)難度很高。即使將來可以發(fā)展出測量極低漏率的測試技術(shù)，成本也將十分高昂而難以承受。隨著真空技術(shù)的進步，真空滅弧室在制造時可以實現(xiàn)良好的真空密封，達到了很高的成品率，但真空滅弧室在長期的運行過程中由于運行條件惡劣，導(dǎo)致真空密封的劣化或失效難以完全避免，雖然事故率已非常低，但真空度的劣化仍對真空開關(guān)的運行可靠性構(gòu)成重大威脅，尤其在高電壓等級的輸變電系統(tǒng)難以接受。真空開關(guān)的真空度劣化是一個非常緩慢下降的過程，在線監(jiān)測真空開關(guān)真空度的變化，及時預(yù)警真空開關(guān)的真空度故障，可以避免真空開關(guān)的開斷事故，確保真空開關(guān)的短路、負荷電流開斷能力，可以有效保障電網(wǎng)的安全運行，將解決真空開關(guān)的可靠性問題。當真空滅弧室的真空度低于設(shè)定的門限值(例如1.33X I(T2Pa)時，及時更換真空滅弧室，可以避免嚴重的真空開關(guān)事故。但10_3Pa — KT1Pa真空度的檢測需要專用的真空計或儀表，不僅成本高、體積大，而且難以做到帶電在線監(jiān)測且不影響真空滅弧室的密封性能，使經(jīng)濟、有效的真空開關(guān)真空度在線監(jiān)測成為全世界電力行業(yè)的一大技術(shù)難題。因此，真空開關(guān)的真空度在線監(jiān)測技術(shù)是電力行業(yè)一直在研發(fā)的技術(shù)，具有重大的經(jīng)濟價值和社會價值。
[0006]目前，使用真空開關(guān)進行真空度監(jiān)測方法，主要包括實驗室檢測、現(xiàn)場檢測和在線檢測三種方法。
[0007]I)真空度實驗室檢測:這是目前的主要檢測方法，其利用專用的真空度檢測儀對真空滅弧室真空度進行出廠檢測、定期檢測，這樣的真空度檢測需要將真空滅弧室從真空開關(guān)上分離開，在實驗室內(nèi)采用專用的真空度檢測儀進行檢測，無法實現(xiàn)真空開關(guān)在線檢測。
[0008]2)真空度現(xiàn)場檢測:在真空斷路器退出運行后，不分離真空滅弧室，采用工頻耐壓、高頻放電、高頻電流、磁控放電等方法監(jiān)測真空開關(guān)真空度。這些方法屬于在設(shè)備檢修時進行的真空度的離線監(jiān)測，不能實現(xiàn)真空開關(guān)運行狀態(tài)下的真空度在線監(jiān)測，難以真正預(yù)防真空開關(guān)運行中真空度劣化導(dǎo)致的無法開斷事故，也無法實現(xiàn)真空斷路器的“狀態(tài)檢修”。
[0009]3)真空度在線檢測:是目前的技術(shù)發(fā)展趨勢，可以實現(xiàn)真空開關(guān)在運行狀態(tài)下的真空度實時監(jiān)測，從而真正能夠預(yù)防真空開關(guān)的開斷事故，也為真空開關(guān)的“狀態(tài)檢修”提供指導(dǎo)。真空度在線檢測主要有“間接監(jiān)測”和“直接監(jiān)測”兩種方式。
[0010]①“間接監(jiān)測”方式:基于真空開關(guān)運行時，真空滅弧室真空度劣化導(dǎo)致的:
[0011]a)金屬屏蔽罩電荷累積產(chǎn)生的電場變化；
[0012]b)真空開關(guān)運行時導(dǎo)電桿與金屬屏蔽罩之間的放電脈沖電流幅度和頻度變化；
[0013]c)真空開關(guān)開斷時產(chǎn)生的放電聲發(fā)射、電弧弧光顏色的變化。
[0014]這些“間接監(jiān)測”方法的共同的特點是只能在KT1Pa-1Pa真空度范圍內(nèi)實現(xiàn)對真空度的大致監(jiān)測，無法實現(xiàn)對真空開關(guān)最為關(guān)鍵的KT3Pa-KT1Pa的高真空度監(jiān)測，而且電網(wǎng)的外界干擾嚴重，穩(wěn)定性差，目前僅停留在學(xué)術(shù)研究的層面，沒有實際應(yīng)用于電力系統(tǒng)。
[0015]②“直接監(jiān)測”方式:
[0016]a)采用在真空滅弧室外接入壓力表測量真空度變化，但KT3Pa-KT1Pa的高真空無法通過壓力表來測量，而且壓力表需要高壓隔離和信號隔離，沒有獲得實際應(yīng)用；
[0017]b)在真空滅弧室上預(yù)裝真空傳感器，如冷陰極潘寧放電真空測量規(guī)，真空規(guī)內(nèi)部與真空滅弧室相通，它通過潘寧放電原理將真空壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出，同樣需要高壓隔離和信號隔離，該技術(shù)由成都旭順電子有限責(zé)任公司研發(fā)成功并進行推廣應(yīng)用，但其潘寧放電真空規(guī)、離子柱高壓隔離、光電信號隔離導(dǎo)致其生產(chǎn)成本高，技術(shù)復(fù)雜，存在高壓隔離隱患，其應(yīng)用范圍受到極大的限制。
[0018]這些已有“直接監(jiān)測”方法的共同的特點是采用有線連接，需要解決傳感器與電網(wǎng)的高壓隔離、傳感器敏感器與檢測電路的信號隔離，成本高、技術(shù)復(fù)雜，尤其在高壓和超高壓電壓等級的系統(tǒng)中，成本將大幅度增加，存在巨大的高壓隔離隱患。急需從技術(shù)、成本上解決在線監(jiān)測傳感器的高壓隔離和信號隔離問題。
[0019]真空開關(guān)真空度在線監(jiān)測在技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性，其技術(shù)難點在于KT3Pa-KT1Pa的高真度監(jiān)測在技術(shù)上要求較高，需要專用的真空計，其成本高、體積大，同時真空計的高壓電隔離、信號光電隔離問題解決起來也存在成本高、高壓隔離隱患等難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本實用新型針對目前真空開關(guān)真空度在線監(jiān)測在技術(shù)的困難和不足，提出了一種可以采用微機電技術(shù)批量化制造，成本低廉、體積微小型化，并采用無線傳感器技術(shù)，從根本上解決了真空開關(guān)在線監(jiān)測中真空傳感器的高壓電隔離和信號隔離問題，并產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益的基于無線真空傳感器的真空度在線監(jiān)測電力真空開關(guān)及其監(jiān)測方法。
[0021]本實用新型為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，提供了以下技術(shù)方案:一種基于無線真空傳感器的真空度在線監(jiān)測電力真空開關(guān)，包括A、B、C三相真空滅弧室，其特征在于真空滅弧室中置入有無線真空傳感器，真空滅弧室外配設(shè)真空度監(jiān)測、預(yù)警裝置，所述的無線真空傳感器與真空度監(jiān)測、預(yù)警裝置采用無線信號連接。
[0022]所述無線真空傳感器由真空度敏感器和無線耦合器構(gòu)成，真空度敏感器與無線耦合器通過引線電連接，所述的真空度敏感器位于真空滅弧室的內(nèi)部或者真空滅弧室的外部且與真空滅弧室內(nèi)腔連通。
[0023]無線真空傳感器置入真空滅弧室的方法有兩種，內(nèi)嵌置入與外部置入。
[0024]無線真空傳感器內(nèi)嵌置入真空滅弧室是無線真空傳感器的真空度敏感器安裝于真空滅弧室內(nèi)部，無線耦合器位于真空滅弧室的內(nèi)部或者真空滅弧室外部。進一步優(yōu)選是真空度敏感器固定在真空滅弧室的瓷殼內(nèi)表面上，無線耦合器同樣可以位于真空滅弧室的瓷殼內(nèi)表面上或者真空滅弧室的外部。采用內(nèi)嵌置入方式的無線真空傳感器，無線真空傳感器為微型的傳感器，埋置在真空滅弧室內(nèi)，真空滅弧室采用一次封排工藝制造，即無線真空傳感器內(nèi)嵌置入真空滅弧室的方法是在一次封排工藝時置入。無線真空傳感器選擇要求能夠經(jīng)受真空滅弧室的高溫(800-900度)制造過程，這樣不需要改變真空滅弧室現(xiàn)有的制造流程，降低生產(chǎn)成本。
[0025]無線真空傳感器外部置入真空滅弧室是在真空滅弧室外部設(shè)計一真空腔體，所述的真空腔體通過真空管與真空滅弧室密封連接，無線真空傳感器的真空度敏感器安裝于真空腔體內(nèi)部，無線耦合器位于真空腔體的內(nèi)部或者真空腔體的外部。采用外部置入方式的無線真空傳感器，其置入真空滅弧室的方法是無線真空傳感器在真空滅弧室制造完成后置入，真空滅弧室采用排氣臺工藝進行真空密封。置入的無線真空傳感器無需經(jīng)受真空滅弧室的高溫(800-900度)制造過程，擴大了無線真空傳感器的可選范圍，對傳感器要求更低。
[0026]所述真空度監(jiān)測、預(yù)警裝置包括無線天線、信號處理電路、輸入輸出接口電路、顯示電路、報警和預(yù)警電路，所述的信號處理電路與無線天線、輸入輸出接口電路、顯示電路、報警和預(yù)警電路分別信號連通。
[0027]使用這種基于無線真空傳感器的真空度在線監(jiān)測電力真空開關(guān)的監(jiān)測方法是:無線真空傳感器直接測量真空滅弧室內(nèi)部的真空度，通過無線信號方式傳輸?shù)秸婵斩缺O(jiān)測、預(yù)警裝置，實時顯示真空度并發(fā)出真空滅弧室漏氣預(yù)警和漏氣報警，實現(xiàn)電力真空開關(guān)的運行真空度在線監(jiān)測與預(yù)警。
[0028]所述的無線信號傳輸方式優(yōu)選采用電磁諧振耦合、無線射頻信號問詢的無線無源方式，或者基于無線供能的無線發(fā)射方式。若采用電磁諧振耦合的無線無源方式，無線傳輸距離在厘米至數(shù)十厘米量級，沒有電引線穿過真空滅弧室的瓷殼，不影響真空滅弧室的現(xiàn)有制造工藝，降低成本，保證了真空滅弧室的制造質(zhì)量。若采用無線射頻信號問詢方式，無線信號傳輸距離較遠，在數(shù)十厘米至數(shù)十米量級，可以實現(xiàn)更好的高壓隔離，監(jiān)測設(shè)備靈活安裝、降低安裝難度。若采用基于無線供能的無線發(fā)射方式，無線信號傳輸距離更遠，在數(shù)米至數(shù)十米量級。
[0029]作為優(yōu)選，真空度監(jiān)測、預(yù)警裝置通過無線信號方式接受真空傳感器的信息，并與設(shè)置的預(yù)警、報警閾值進行比較，根據(jù)結(jié)果進行多級預(yù)警、報警。
[0030]本實用新型的有益效果:1、本實用新型的真空開關(guān)可采用電磁諧振耦合、無線射頻信號問詢或者基于無線供能的無線發(fā)射等無線方式實現(xiàn)真空傳感器信號的傳輸，直接、實時監(jiān)測真空滅弧室內(nèi)真空度，可以避免外界干擾、準確感知0.0OOl-1Pa范圍內(nèi)的真空壓力，能及時避免真空斷路器不能正常開斷電路的故障，提高設(shè)備的可靠性。
[0031]2、在無需斷電情況下，實現(xiàn)了真空滅弧室內(nèi)真空度的在線、實時測量與預(yù)警，大幅提高了電力真空開關(guān)的設(shè)備可靠性，提升了產(chǎn)品技術(shù)含量與競爭力，具有很好的應(yīng)用推廣價值。
[0032]3、采用無線真空傳感器監(jiān)測真空滅弧室內(nèi)真空度，從根本上解決了真空傳感器的高壓絕緣、高壓隔離問題，大幅度降低高壓絕緣與隔離的成本。
[0033]4、采用無線真空傳感器監(jiān)測真空滅弧室內(nèi)真空度，可以實現(xiàn)從中低壓到超高壓的各個電壓等級電力真空開關(guān)的真空度在線監(jiān)測，解決了電力真空開關(guān)的真空泄露導(dǎo)致的可靠性問題，將擴大電力真空開關(guān)在110KV、220KV電壓等級的電力開關(guān)的市場占有率，從而減少SF6電力開關(guān)的使用量，降低電力開關(guān)成本、減少溫室氣體(SF6)的排放。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為本實用新型中電力真空開關(guān)的A、B、C三相真空滅弧室的示意圖。
[0035]圖2為本實用新型中無線真空傳感器組成示意圖。
[0036]圖3為本實用新型中真空度監(jiān)測、預(yù)警裝置示意圖。
[0037]圖4為本實用新型實施例1 一種內(nèi)嵌置入無線真空傳感器的示意圖。
[0038]圖5為本實用新型實施例2另一種內(nèi)嵌置入無線真空傳感器的示意圖。
[0039]圖6為本實用新型實施例3外部置入無線真空傳感器的示意圖。
[0040]圖7為本實用新型實施例4另一種外部置入無線真空傳器的示意圖。

【具體實施方式】
[0041]實施例1:一種基于無線真空傳感器的真空度在線監(jiān)測電力真空開關(guān)，包括A、B、C三相真空滅弧室2，真空滅弧室2中置入有無線真空傳感器1，真空滅弧室2外配設(shè)真空度監(jiān)測、預(yù)警裝置3，所述的無線真空傳感器I與真空度監(jiān)測、預(yù)警裝置3無線信號連接。
[0042]無線真空傳感器I由真空度敏感器4和無線耦合器5構(gòu)成，真空度敏感器4與無線耦合器5通過引線6電連接，無線真空傳感器I采用內(nèi)嵌方式置入真空滅弧室2，其真空度敏感器4固定在真空滅弧室2的瓷殼內(nèi)表面上，無線耦合器5也位于真空滅弧室2的瓷殼內(nèi)表面上。
[0043]真空度監(jiān)測、預(yù)警裝置3包括無線天線9、信號處理電路10、輸入輸出接口電路11、顯示電路12、報警和預(yù)警電路13，所述的信號處理電路10與無線天線9、輸入輸出接口電路11、顯示電路12、報警和預(yù)警電路13分別信號連通。
[0044]將無線真空傳感器內(nèi)嵌置入真空滅弧室的方法是在一次封排工藝時置入。
[0045]實施例2，參照實施例1，無線耦合器5位于真空滅弧室6的外部。
[0046]實施例3，參照實施例1，無線真空傳感器I以外部方式置入真空滅弧室2，即在真空滅弧室2外部設(shè)計一真空腔體7，所述的真空腔體7通過真空管8與真空滅弧室2密封連接，無線真空傳感器I的真空度敏感器4和無線耦合器5均安裝于真空腔體7的內(nèi)部。
[0047]實施例4，參照實施例3，無線耦合器5位于真空腔體7的外部。
[0048]實施例5，一種基于無線真空傳感器的真空度在線監(jiān)測電力真空開關(guān)的監(jiān)測方法，無線真空傳感器直接測量真空滅弧室內(nèi)部的真空度，通過無線信號方式傳輸?shù)秸婵斩缺O(jiān)測、預(yù)警裝置，實時顯示真空度并發(fā)出真空滅弧室漏氣預(yù)警和漏氣報警，實現(xiàn)電力真空開關(guān)的運行真空度在線監(jiān)測與預(yù)警。
[0049]真空度監(jiān)測、預(yù)警裝置通過無線信號方式接受真空傳感器的信息后，可與設(shè)置的預(yù)警、報警閾值進行比較，根據(jù)結(jié)果進行多級預(yù)警、報警。
[0050]無線信號傳輸方式可根據(jù)實際需要，采用電磁諧振耦合、無線射頻信號問詢的無線無源方式，或者是基于無線供能的無線發(fā)射方式。
【權(quán)利要求】
1.一種基于無線真空傳感器的真空度在線監(jiān)測電力真空開關(guān)，包括A、B、C三相真空滅弧室，其特征在于真空滅弧室中置入有無線真空傳感器，真空滅弧室外配設(shè)真空度監(jiān)測、預(yù)警裝置，所述的無線真空傳感器與真空度監(jiān)測、預(yù)警裝置采用無線信號連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線真空傳感器的真空度在線監(jiān)測電力真空開關(guān)，其特征在于無線真空傳感器由真空度敏感器和無線耦合器構(gòu)成，真空度敏感器與無線耦合器通過引線電連接，所述的真空度敏感器位于真空滅弧室的內(nèi)部或者真空滅弧室的外部且與真空滅弧室內(nèi)腔連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無線真空傳感器的真空度在線監(jiān)測電力真空開關(guān)，其特征在于無線真空傳感器采用內(nèi)嵌方式置入真空滅弧室，即無線真空傳感器的真空度敏感器安裝于真空滅弧室內(nèi)部，無線耦合器位于真空滅弧室的內(nèi)部或者真空滅弧室外部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于無線真空傳感器的真空度在線監(jiān)測電力真空開關(guān)，其特征在于真空度敏感器固定在真空滅弧室的瓷殼內(nèi)表面上，無線耦合器位于真空滅弧室的瓷殼內(nèi)表面上或者真空滅弧室的外部。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無線真空傳感器的真空度在線監(jiān)測電力真空開關(guān)，其特征在于無線真空傳感器采用外部方式置入真空滅弧室，即在真空滅弧室外部設(shè)計一真空腔體，所述的真空腔體通過真空管與真空滅弧室密封連接，無線真空傳感器的真空度敏感器安裝于真空腔體內(nèi)部，無線耦合器位于真空腔體的內(nèi)部或者真空腔體的外部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線真空傳感器的真空度在線監(jiān)測電力真空開關(guān)，其特征在于真空度監(jiān)測、預(yù)警裝置包括無線天線、信號處理電路、輸入輸出接口電路、顯示電路、報警和預(yù)警電路，所述的信號處理電路與無線天線、輸入輸出接口電路、顯示電路、報警和預(yù)警電路分別信號連通。
【文檔編號】H01H33/664GK204029699SQ201420196031
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】吳亞明, 戴永正, 劉京, 徐永康, 姚朝輝, 趙金榮, 錢雨, 王鵬, 顧宇鋒, 文博, 李巍 申請人:江蘇南瑞泰事達電氣有限公司, 江蘇森博傳感技術(shù)有限公司