[发明专利]一种真空开关中真空灭弧室的真空度在线监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及真空开关中灭弧室的真空度在线监测，具体涉及采用激光诱导击穿光谱技术检测真空灭弧室内部的物质成分。

技术背景

电力开关设备的检修是整个电力系统管理工作的重要组成部分，对整个电力系统安全、可靠运行起着重要作用。电力设备的检修方式主要有停电检测和在线监测，停电检测需要将设备退出运行，然后根据设备的使用情况进行检修，此种方式在没有冗余设备设置的情况下会给用户带来长时间的停电，而且在电力设备退出运行过程中可能给设备带来进一步的损伤。在线监测作为现阶段电力部门主要推行的检修方式，其在设备正常运行的情况下进行检测，判断设备的运行状态，不需要停电，减少了用户的经济损失，同时也避免了电力设备通断过程中带来的额外损坏。

真空断路器作为一种环保型的电力开关设备广泛存在于整个电力系统，特别是在中低压领域。真空灭弧室作为真空断路器的核心部分，其在使用过程中，担负着开断正常负荷电流和短路电流的责任。真空断路器灭弧室在出厂时要求真空度不低于1.33×10^-3Pa，在使用时压强不低于6.6×10^-2Pa，但是随着使用年限的增加，内部元件工作表面的放气与吸气过程，波纹管及其他密封部分密封性、长期的扩散、晶体材料间的腐蚀、吸气剂活性的丧失等因素会导致真空泄漏，从而引起灭弧室内真空度的降低。真空灭弧室真空度的降低会给断路器的开断能力和绝缘能力带来不良影响，甚至发生开断失败的现象。国内外一些学者提出了很多针对真空度的在线监测方法，其中主要有屏蔽罩电位法、高频放电法、高频电流法、磁控放电法等等，现有的方法要么检测限太高，要么需要大幅度改变真空灭弧室的结构，都难以应用于实际。现有的真空灭弧室监测采用的带电巡检手段，主要是通过观察灭弧室屏蔽罩上的颜色变化来判断内部真空度，属于一种定性判断，具有很大的主观性和不准确性，所以真空断路器真空度在线监测一直是电力部分检修的难题之一。

随着激光和光谱技术的发展，激光诱导击穿光谱技术在近二十年的时间内取得了巨大的进步，特别是在设备的小型化、经济化上取得了很大的突破。激光诱导击穿光谱作为一门高速发展的技术，在经济化、实用化上取得了很大的进步，激光诱导击穿光谱是一种以激光作为诱发源激发材料产生等离子体的发射光谱分析方法，是基于激光与材料相互作用的一种检测技术。通俗的说，就是通过一束高能激光在极短的时间内聚焦到物质表面，进而在材料外法线上方产生激光诱导等离子体，通过对等离子体发射出来的光谱进行分析，从而判断物质的组成和成分。激光诱导击穿光谱技术具有很多优点：对样品损伤非常小、无需样品准备、能够远距离检测等等。激光诱导击穿光谱技术大量文献资料表明激光诱导击穿光谱技术能够应用于固、液、气三态物质的成分的定量分析，而且少量的实验样品就能满足实验要求，对材料本身的损伤非常小。除此之外，其还具有快速分析物质成分、实现在线检测、多元素同时分析、系统操作简单的优点。

基于激光诱导击穿光谱的技术特点，将其应用到真空度在线监测有技术支持，一方面其内部金属材料表面会沉积不同含量的金属氧化物，此氧化物含量会随着压强的变化而改变，另一方面，压强变化时，会对等离子体的发射谱线强度、等离子体温度、等离子体密度等产生影响，所以通过以上两种或其一能够达到真空度在线监测的目的。

综上，激光诱导击穿光谱技术能够在不干扰真空开关的现场运行的条件下，应用到电力系统真空开关的在线监测，可以避免常规电监测方法抗电磁干扰性能不足的缺点，此项技术具有重要的理论研究和工程应用价值。

发明内容

针对技术背景中提出的电力设备中真空灭弧室真空度在线监测这一技术难题，提出了一种利用激光诱导击穿光谱的真空灭弧室真空度的在线监测方法，此方法可以配合使用谱线相对强度进行真空度标定，采用谱线叠加技术提高检测限。并利用上述方法开发了一套真空开关中灭弧室真空度的在线监测装置。本发明不仅仅限于技术背景所述的真空开关灭弧室真空度的在线监测，还可以用于其它设备真空度的在线监测。