[发明专利]基于无线真空传感器的真空度在线监测电力真空开关及其监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统高压开关设备和无线真空监测技术，尤其是涉及一种具有真空度在线实时监测功能的电力真空开关，同时提供使用这种电力真空开关进行真空度在线监测的方法。

背景技术

电力高压开关是电网中最重要的高压电气设备，其种类主要包括SF6开关、真空开关和油开关三类，其中真空开关具有良好的电流开断特性，同时成本低、体积小，成为12KV 、40.5KV电压等级的主流高压开关，具有很高的市场占有率，广泛应用于电力真空开关柜、电力真空断路器、柱上真空开关、负荷真空开关等电力设备。随着真空开关可靠性的提高，应用于110KV、220KV等高电压等级也具有广阔的前景。

随着智能电网技术的发展，对真空开关的开断可靠性提出的要求越来越高，真空开关的运行状态在线监测对保障电网安全、实现状态检修具有重要意义。目前已开发了多种真空开关的状态监测技术，包括行程-时间、弹簧拉力、触头电寿命、合分闸线圈电流、储能电机状态、温升等的在线监测、局部放电在线监测，对提高真空开关的可靠性发挥了重要作用，但决定真空开关开断性能的最关键因素是其真空灭弧室内部的“真空度”，当真空灭弧室的真空度低于10^-1Pa时真空开关将丧失电流开断能力，对电网安全运行构成重大安全威胁。目前，由于技术上的限制，实现真空开关真空度的在线监测、预警存在技术困难，或者成本高、需要高压隔离。只能依靠出厂检测、定期维修的真空度检测，这不能满足日益增长的提高真空开关可靠性以及设备状态维修的要求。因此，真空开关的真空度在线监测对提高真空开关可靠性、保障电网安全具有关键性的作用。

在真空开关的寿命周期内，真空灭弧室的真空度的维持完全依靠其自身的真空密封性能，实现完全不漏气、并在长期运行保持高真空，在技术上具有很高的要求和工艺难度。虽然真空灭弧室的真空密封性能要比SF6开关的密封性能要高很多，但真空开关可靠性却通常被认为不及SF6开关，这主要是SF6气体密度可以在线监测，而真空开关的真空度难以在线监测，当SF6气体发生缓慢泄露时可以及时补气，因此业界认为SF6断路器具有更高的可靠性。正是由于对真空开关可靠性的担忧，真空开关的应用目前仅集中在12KV 、40.5KV中压等级，其实真空度良好的真空开关在更高的电压等级，如110KV、220KV，也同样具有良好的开断性能。由于真空开关成本低、体积小和环境友好等显著优势，如能应用于110KV、220KV等高电压等级，对输变电技术产生重大影响，也将产生良好的经济效益，同时消除温室气体SF6的排放，产生极大的环境效益。真空开关能否推广到高电压等级的输变电系统，其关键是提高真空开关的可靠性。

虽然制造真空灭弧室的真空材料、真空密封工艺技术已达到了相当成熟的程度，真空灭弧室的漏气率不断下降，但要实现所有真空灭弧室完全不漏气是非常困难的，尤其是极低漏率的测试技术难度很高。即使将来可以发展出测量极低漏率的测试技术，成本也将十分高昂而难以承受。随着真空技术的进步，真空灭弧室在制造时可以实现良好的真空密封，达到了很高的成品率，但真空灭弧室在长期的运行过程中由于运行条件恶劣，导致真空密封的劣化或失效难以完全避免，虽然事故率已非常低，但真空度的劣化仍对真空开关的运行可靠性构成重大威胁，尤其在高电压等级的输变电系统难以接受。真空开关的真空度劣化是一个非常缓慢下降的过程，在线监测真空开关真空度的变化，及时预警真空开关的真空度故障，可以避免真空开关的开断事故，确保真空开关的短路、负荷电流开断能力，可以有效保障电网的安全运行，将解决真空开关的可靠性问题。当真空灭弧室的真空度低于设定的门限值（例如1.33×10^-2Pa）时，及时更换真空灭弧室，可以避免严重的真空开关事故。但10^-3Pa—10^-1Pa真空度的检测需要专用的真空计或仪表，不仅成本高、体积大，而且难以做到带电在线监测且不影响真空灭弧室的密封性能，使经济、有效的真空开关真空度在线监测成为全世界电力行业的一大技术难题。因此，真空开关的真空度在线监测技术是电力行业一直在研发的技术，具有重大的经济价值和社会价值。

目前，使用真空开关进行真空度监测方法，主要包括实验室检测、现场检测和在线检测三种方法。

1）真空度实验室检测：这是目前的主要检测方法，其利用专用的真空度检测仪对真空灭弧室真空度进行出厂检测、定期检测，这样的真空度检测需要将真空灭弧室从真空开关上分离开，在实验室内采用专用的真空度检测仪进行检测，无法实现真空开关在线检测。