一种高压真空断路器真空度的在线监测装置及方法

摘要

本发明公开了一种高压真空断路器真空度的在线监测装置及方法，包括真空灭弧室，还包括真空平衡腔、光纤，所述真空平衡腔与真空灭弧室之间通过平衡金属膜隔开，所述光纤的一端位于真空平衡腔内、另一端与监测单元相连，所述监测单元用于监测光纤传来的光强。本发明的目的在于提供一种高压真空断路器真空度的在线监测装置及方法，以解决现有技术中高压真空断路器内真空灭弧室的真空度监测操作复杂、难以实时监测的问题，实现简单、精确的对真空灭弧室的真空度进行在线监测的目的。

权利要求

1.一种高压真空断路器真空度的在线监测装置，包括真空灭弧室(2)，其特征在于，还包括真空平衡腔(32)、光纤(33)，所述真空平衡腔(32)与真空灭弧室(2)之间通过平衡金属膜(31)隔开，所述光纤(33)的一端位于真空平衡腔(32)内、另一端与监测单元(4)相连，所述监测单元(4)用于监测光纤(33)传来的光强。

2.根据权利要求1所述的一种高压真空断路器真空度的在线监测装置，其特征在于，所述真空灭弧室(2)外侧设置传感仓(3)，所述平衡金属膜(31)将传感仓(3)内部分为传压腔(34)、真空平衡腔(32)，所述传压腔(34)与真空灭弧室(2)连通。

3.根据权利要求1所述的一种高压真空断路器真空度的在线监测装置，其特征在于，所述监测单元(4)能够发出激光，激光通过光纤(33)传输至真空平衡腔(32)内。

4.根据权利要求1所述的一种高压真空断路器真空度的在线监测装置，其特征在于，所述平衡金属膜(31)为表面涂覆白漆的铝箔。

5.根据权利要求4所述的一种高压真空断路器真空度的在线监测装置，其特征在于，所述白漆包括以下重量份数的组分：醇酸树脂45～50份，分散剂4～6份，消泡剂0.2～0.5份，硫化锌10～15份，硫酸钡10～15份，二氧化钛25～30份，溶剂30～40份。

6.根据权利要求1所述的一种高压真空断路器真空度的在线监测装置，其特征在于，所述真空平衡腔(32)的侧壁开设凹槽(5)，所述凹槽(5)与真空平衡腔(32)之间由透明件(6)隔开，所述凹槽(5)内设置光源(7)。

7.一种高压真空断路器真空度的在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)设置气密的真空平衡腔(32)，使真空平衡腔(32)与真空灭弧室(2)之间通过平衡金属膜(31)隔开；

(b)监测真空平衡腔(32)内的光强：若真空平衡腔(32)内的光强保持不变，判断真空灭弧室(2)正常；若真空平衡腔(32)内的光强发生变化，判断真空灭弧室(2)泄露。

8.根据权利要求7所述的一种高压真空断路器真空度的在线监测方法，其特征在于，真空平衡腔(32)内的光强通过插入至真空平衡腔(32)内的光纤(33)监测。

9.根据权利要求8所述的一种高压真空断路器真空度的在线监测方法，其特征在于，监测过程中向真空平衡腔(32)提供光源。

10.根据权利要求9所述的一种高压真空断路器真空度的在线监测方法，其特征在于，所述光源为通过光纤(33)向真空平衡腔(32)内传输的激光。

说明书

一种高压真空断路器真空度的在线监测装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及真空断路器领域，具体涉及一种高压真空断路器真空度的在线监测装置及方法。

背景技术

[0002] 真空断路器是在低压及中压领域极有前途的电力开断器件，它是以真空为绝缘和熄弧介质的开关电器。真空中气体分子极为稀少，电子与分子相碰撞的机会极少，故真空断路器的绝缘强度很高。真空断路器与其他类型断路器相比，具有安全可靠、寿命长、维修工作量小、不会污染环境等优点。

[0003] 真空灭弧室是真空断路器的核心部分。为了实现电流的分断与灭弧，真空灭弧室内的压强一般不高于10-2Pa。因此，真空度是决定真空灭弧室的开断性能的主要因素之一，真空度的降低将直接影响真空断路器的开断能力，严重时将导致其开断完全失效。因此，在实际应用领域迫切需要测量和记录运行中真空灭弧室的真空度。

[0004] 实际应用中，真空灭弧室真空度的测试方法主要有以下几种：

[0005] (1)工频耐压法：对于不拆卸灭弧室的测试，真空断路器的真空灭弧室真空度检测现场一般采用工频耐压发，就是将真空断路器两触头拉至额定开距，逐渐增大触头间的工频电压至规定值，若能耐受电压1min，即可认为真空度合格，否则即为不合格。实践表明，采用工频耐压法检测严重劣质的真空灭弧室的真空度是一种简便有效的方法，但对处于临界状态的灭弧室则无能为力。对于两个或两个以上串联使用的真空灭弧室，工频耐压法不适用于同时检查串联灭弧室的真空度。此外，用于耐压实验的工频试验变压器体积大、笨重、操作不便，而且价格贵，不是每个输变电单位都有能力配置的。

[0006] (2)观察法：由于真空灭弧室内部真空度降低时常常伴随着电弧颜色改变及内部零件氧化，所以对玻璃外壳的真空灭弧室可以定期观察。正常时内部的屏蔽罩等部件表面颜色应该很明亮，在开断电流时发出的是蓝色弧光；当真空度严重降低时，内部颜色就会变得灰暗，在开断电流时将发现暗红色弧光。该方法只适用于对玻璃外壳真空灭弧室偶尔的定性检查。

[0007] (3)火红计法：采用火花探漏仪检测，检测时将火花探漏仪沿灭弧室表面移动，在其高频电场作用下内部有不同的发光情况。根据发光的颜色来鉴定真空灭弧室的真空度。这种方法操作简单，但只能进行定性的判断，适用于玻璃管真空灭弧室，且容易受人为因为影响。

[0008] (4)吸气剂颜色变化判定：在真空灭弧室制造时将玻璃管内壁蒸散一层吸气剂。该吸气剂一方面可以吸附管内残余气体维持高真空，另一方面吸气剂本身可以指示真空度。维护人员可以用肉眼根据吸气剂颜色变化来判断真空度好坏。同样的，该方法只适用于对玻璃外壳真空灭弧室偶尔的定性检查。

[0009] (5)磁控放电法：对于在制造过程中的真空灭弧室，其真空压力通常是用电离真空计来测定。当灭弧室制造完成后，其上带有的真空电离计规管便被摘下，此后灭弧室内的真空度常用含圆柱形励磁线圈的磁控放电法来测定。磁控放电法是测量成品灭弧室真空度的较好方法之一，也是目前唯一的重复性较好的定量测量方法。其原理是将真空灭弧室的触头拉开一定距离，在触头间施加一脉冲电压，以便在其间产生一强电场，同时在灭弧室触头间又施加一轴向强磁场。此时灭弧室内的电子在强电场和磁场的共同作用下做螺旋运动，并与灭弧室内残余气体分子发生碰撞电离，电离出来的离子在电场内形成离子电流。此离子电流与残余气体密度近似成正比。因此通过测定离子电流，便可知道灭弧室内的真空度。但是磁控放电法无法实现在线监测。

[0010] 除了上述常见方法外，现有技术中对于真空灭弧室真空度的检测还有如下方法：高频放电法、高频电流法、耦合电容法、电光变换法、射线法等等。然而这些现有的真空灭弧室真空度测量方法均是需要检修人员在检修时才进行操作，都无法实现自动化的在线监测。现有技术中，也有人尝试在真空灭弧室内设置压力传感装置，但是，若压力传感装置使用有线方式传输信号，信号线穿过真空灭弧室时十分容易影响真空灭弧室的气密性，若压力传感装置使用无线监测(非接触式)方式，又会存在测量不准的问题。

发明内容

[0011] 本发明的目的在于提供一种高压真空断路器真空度的在线监测装置及方法，以解决现有技术中高压真空断路器内真空灭弧室的真空度监测操作复杂、难以实时监测的问题，实现简单、精确的对真空灭弧室的真空度进行在线监测的目的。

[0012] 本发明通过下述技术方案实现：

[0013] 一种高压真空断路器真空度的在线监测装置，包括真空灭弧室，还包括真空平衡腔、光纤，所述真空平衡腔与真空灭弧室之间通过平衡金属膜隔开，所述光纤的一端位于真空平衡腔内、另一端与监测单元相连，所述监测单元用于监测光纤传来的光强。

[0014] 针对现有技术中高压真空断路器内真空灭弧室的真空度监测操作复杂、难以实时监测的问题，本发明提出一种高压真空断路器真空度的在线监测装置，在真空断路器内设置真空平衡腔，真空平衡腔与真空灭弧室之间为平衡金属膜，光纤的一端位于真空平衡腔内、另一端与监测单元相连，所述监测单元用于监测光纤传来的光强，因此当真空灭弧室内真空度保持稳定时，平衡金属膜保持不动，通过光纤传至监测单元的光强保持不变，即能够判断真空灭弧室内真空度良好。当真空灭弧室泄露、真空度降低时，平衡金属膜两侧压差改变，平衡金属膜在压差作用下产生形变，其对光线的反射必然发生变化，此时通过光纤传至监测单元的光强则发生变化，即能够判断真空灭弧室可能泄露，监测单元即可发出警报提示工作人员进行检查确认。本装置结构简单，通过平衡金属膜的弹性变形、借用光强变化来实现间接的对真空灭弧室内情况的实时监测，克服了现有技术中都需要工作人员在定期检修时才能对真空灭弧室的真空度进行检查的问题。此外，本申请由于光纤是穿过的真空平衡腔，不会与真空灭弧室发生任何直接接触，因此相较于现有技术中需在真空灭弧室的内壁开孔穿线传输信号的方式，避免了对真空灭弧室气密性的干扰，并且光纤短距离传输光线的稳定性极高，能够保证十分优良的测量精度。此外，若真空平衡腔内光线先天不足，本领域技术人员还可根据需要灵活的设置光源为真空平衡腔提供稳定的光线。

[0015] 所述真空灭弧室外侧设置传感仓，所述平衡金属膜将传感仓内部分为传压腔、真空平衡腔，所述传压腔与真空灭弧室连通。所述传感仓优选的与真空灭弧室的壳体一体成型。

[0016] 所述监测单元能够发出激光，激光通过光纤传输至真空平衡腔内。监测单元通过光纤将激光稳定的传输到真空平衡腔内进而形成稳定的光源，本方案中光纤同时作为发射光源与反馈光线的通道，监测单元可以连续发射激光，也可优选的间断性的发射激光。

[0017] 所述平衡金属膜为表面涂覆白漆的铝箔。表面涂覆白漆能够提高表面平整度，利于对光线的反射，降低对光线的吸收。

[0018] 所述白漆包括以下重量份数的组分：醇酸树脂45～50份，分散剂4～6份，消泡剂0.2～0.5份，硫化锌10～15份，硫酸钡10～15份，二氧化钛25～30份，溶剂30～40份。本配方中二氧化钛作为最主要的增白剂，硫化锌与硫酸钡作为辅助增白剂，能够使得得到的油漆保证纯白，进一步降低对光线的吸收，从而反射更多的光线。此外，本方案中大量二氧化钛的加入，二氧化钛始终以固体微粒的形式存在在白漆中，涂覆在铝箔表面后，能够有利于铝箔表面形成漫反射，而在漫反射条件下，平衡金属膜发生形变时能够更加稳定的确保光纤接收到不同强度的光线，从而避免平衡金属膜发生镜面反射条件下，平衡金属膜形变前后光纤处光照强度变化不大的情况出现。

[0019] 所述真空平衡腔的侧壁开设凹槽，所述凹槽与真空平衡腔之间由透明件隔开，所述凹槽内设置光源。本方案为另一种为真空平衡腔提供光源的方式。

[0020] 所述透明件为真空玻璃。真空玻璃具有优良的隔热能力，能够避免光源发出的热量进入真空平衡腔内。

[0021] 一种高压真空断路器真空度的在线监测方法，包括以下步骤：

[0022] (a)设置气密的真空平衡腔，使真空平衡腔与真空灭弧室之间通过平衡金属膜隔开；

[0023] (b)监测真空平衡腔内的光强：若真空平衡腔内的光强保持不变，判断真空灭弧室正常；若真空平衡腔内的光强发生变化，判断真空灭弧室泄露。

[0024] 若真空灭弧室出现泄漏，真空平衡腔与真空灭弧室的压强不平衡，造成平衡金属膜变形，变形前后，平衡金属膜的反射光强不同，进而可实现实时监测灭弧室真空是否泄漏。

[0025] 真空平衡腔内的光强通过插入至真空平衡腔内的光纤监测。光纤具有抗电磁和原子辐射干扰的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；且具有绝缘、无感应的电气性能和耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，能够耐受真空灭弧室的极端条件。

[0026] 监测过程中向真空平衡腔提供光源。

[0027] 所述光源为通过光纤向真空平衡腔内传输的激光。

[0028] 本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

[0029] 1、本发明一种高压真空断路器真空度的在线监测装置及方法，结构与操作均极其简单，通过平衡金属膜的弹性变形、借用光强变化来实现间接的对真空灭弧室内情况的实时监测，克服了现有技术中都需要工作人员在定期检修时才能对真空灭弧室的真空度进行检查、无线实时在线监测的问题。

[0030] 2、本发明一种高压真空断路器真空度的在线监测装置及方法，由于光纤是穿过的真空平衡腔，不会与真空灭弧室发生任何直接接触，因此相较于现有技术中需在真空灭弧室的内壁开孔穿线传输信号的方式，避免了对真空灭弧室气密性的干扰，并且光纤短距离传输光线的稳定性极高，能够保证十分优良的测量精度。

附图说明

[0031] 此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

[0032] 图1为本发明具体实施例的断路器整体示意图；

[0033] 图2为本发明具体实施例的示意图；

[0034] 图3为本发明具体实施例3中传压腔的示意图。

[0035] 附图中标记及对应的零部件名称：

[0036] 1-断路器操动机构，2-真空灭弧室，3-传感仓，31-平衡金属膜，32-真空平衡腔，33-光纤，34-传压腔，4-监测单元，5-凹槽，6-透明件，7-光源。

具体实施方式

[0037] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

[0038] 实施例1：

[0039] 如图1与图2所示的一种高压真空断路器真空度的在线监测装置，包括真空灭弧室2，还包括真空平衡腔32、光纤33，所述真空平衡腔32与真空灭弧室2之间通过平衡金属膜31隔开，所述光纤33的一端位于真空平衡腔32内、另一端与监测单元4相连，所述监测单元4用于监测光纤33传来的光强。所述真空灭弧室2外侧设置传感仓3，所述平衡金属膜31将传感仓3内部分为传压腔34、真空平衡腔32，所述传压腔34与真空灭弧室2连通。所述监测单元4能够发出激光，激光通过光纤33传输至真空平衡腔32内。

[0040] 本实施例中，监测单元4与光纤33连接，光纤33与真空平衡腔32连接，平衡金属膜31设在真空灭弧室2内，真空平衡腔32与真空灭弧室2为一体化结构。

[0041] 监测单元4通过光纤33将激光传输到真空平衡腔32内，平衡金属模31能够反射光。当断路器真空灭弧室2的真空度出现泄漏后，真空灭弧室2的压强大于真空平衡腔32内的压强，造成平衡金属膜31的变形和光的发射变化，光纤33再将光传输到监测单元4，可根据光强曲线判断真空灭弧室是否出现真空泄漏。

[0042] 实施例2：

[0043] 一种高压真空断路器真空度的在线监测方法，如图1与图2所示，包括以下步骤：

[0044] (a)设置气密的真空平衡腔32，使真空平衡腔32与真空灭弧室2之间通过平衡金属膜31隔开；

[0045] (b)监测真空平衡腔32内的光强：若真空平衡腔32内的光强保持不变，判断真空灭弧室2正常；若真空平衡腔32内的光强发生变化，判断真空灭弧室2泄露。

[0046] 其中真空平衡腔32内的光强通过插入至真空平衡腔32内的光纤33监测。监测过程中向真空平衡腔32提供光源。所述光源为通过光纤33向真空平衡腔32内传输的激光。

[0047] 实施例3：

[0048] 如图3所示，本实施例与实施例1的区别是：所述真空平衡腔32的侧壁开设凹槽5，所述凹槽5与真空平衡腔32之间由透明件6隔开，所述凹槽5内设置光源7。所述透明件6为真空玻璃。

[0049] 优选的，平衡金属膜31为表面涂覆白漆的铝箔。所述白漆包括以下重量份数的组分：醇酸树脂45～50份，分散剂4～6份，消泡剂0.2～0.5份，硫化锌10～15份，硫酸钡10～15份，二氧化钛25～30份，溶剂30～40份。

[0050] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。