真空灭弧室真空度测试仪的研究
真空度测试仪
一、真空度测试仪概述真空断路器是电力系统中普遍使用的高压电器，其核心部件是真空灭弧室，由于灭弧室是以真空条件作为工作基础的，所以它不像油开关六氟化硫开关那样容易检测其介质量。
传统上，真空断路器用户判断灭弧室真空度的方法是工频耐压法，这种方法只能粗略判断真空度严重劣化的灭弧室。
真空度测试仪是真空灭弧室的真空度鉴定设备，它以磁控放电为原理，以单片计算机为主控单元，测试过程实现全自动化。
该仪器的采样设计一改以往采用峰值做标定的方法，而采用离子电荷来做标定，这样，有效地抑制了测试过程中瞬态电源的干扰，使测试稳定可靠。
由于采用计算机为主控单元，该仪器能很方便地扣除由于环境因素产生的漏电电流。
本仪器最突出的特点是：实现了真空灭弧室的免拆卸测量，直接显示真空度数值，使真空断路器用户详细掌握灭弧室的真空状态，为有计划地更换灭弧室提供了可靠的依据，为电网的安全运行提供了有力保障，克服了工频耐压法仅能判断灭弧室是否报废的缺陷。
真空度测试仪测量精度高，操作简单，携带方便，抗干扰能力强，特别适用于供电单位现场测试，是真空断路器生产、安装、调试、维修的必备仪器之一。
二、测试原理将灭弧室两触头拉开一定的开距，施加脉冲高压，将电磁线圈绕于灭弧室外侧，向线圈通以大电流，从而在灭弧室内产生与高压同步的脉冲磁场，这样在脉冲磁场的作用下，灭弧室中的电子作螺旋运动，并与残余气体分子发生碰撞电离，所产生的离子电流与残余气体密度即真空近似成比例关系。
对于直径不同的真空管，同等真空度条件下，离子电流的大小也不相同，当测知离子电流后，通过离子电流──真空度曲线，由计算机自动完成真空度的计算，显示真空度值。
三、真空度测试仪技术参数1、真空度测量范围： 9.999×10-1～1×10-52、离子电流测量范围： 9.999×10-1～1×10-73、测量误差：∠10％4、测量分辨率： 10-5Pa5、允许环境温度：－20℃~50℃6、空气湿度：≤80％RH7、电源： AC220V50Hz±10％8、外形尺寸： 430×300×215(mm)9、高压输出：脉冲30KV 15KHz10、重量： 8kg四、真空度测试仪使用方法⑴、本仪器分两种用途使用：１、用于真空灭弧室生产线中灭弧室的质量控制和断路器生产厂家的灭弧室入库检验。
真空测试仪在真空灭弧室中的精度测试研究
传输 线传 递到相应 的区域 。自动线真 空度测 试 灭弧 室老 炼效 果、老 炼与 真 空度测 量 时 仪测 试精度 较高，测试时剔除 了一些人为 因素 间间隔的长短都会影响真空度测量 的精度 。老 的影 响，一致性较好 ，设备 自动运行减少 了人 炼 是通过大 电流 、 高 电压去 除管 内的击 穿弱 点， 工成 本，运 行效率高 ，深得灭弧室制造 厂家 的 使得 真空度测量时离子流减小 ，但老炼过程 中 青 睐。 又会 放出大量的气体，如果没有足够 的存放 时
帮助 。
灭 弧 室 内部 的放 电空 间 、 电极 面 积 、 距 离 和形状都会影响到真 空度测量 的精 度。管 内放
【 关键词 】真 空灭弧 室 真 空度 测量精度
些工业化和信息化 的元素 ，比如增 加了传 输 线 、机械手、 自动分拣等功 能。测试 仪工作时 种灭弧室应根据其结构制作相应 的离 子流一一 不仅 要靠机械手 自动完成测试过 程中的抓取、 真 空 度 曲线 。 拉开距 ， 自动实现不 同线 圈的转换 、数据 的传 输 、遇到不合格品还要主动识别 、分拣 后依靠
３ ． ７ 磁 场 线 圈
３真空度测量精 度的影响因素
３ ． １ 空气 湿 度
一
真空度 。测量仪还 根据被测量 的产 品直径 不同 般 来 说，光 板 绝缘 外壳 比伞 裙绝 缘外 配 备有各种规格尺寸 的线 圈，适用 性较 强 。 壳的灭弧室更容 易爬电。这是因为 同样高度 的 测量 真 空度 时首 先选 择该 型 号灭 弧室 的 外壳 ，光板绝缘 外壳的管外爬距较小 ，当遇到 测量 曲线 ，将 灭弧 室的动、静触头拉开 一定的 阴雨天气 时，空气的相对湿度较大 ，空气 中的 距 离后放置于相应 的线圈 内，灭弧室 的动端施 水蒸气冷凝 到管 壳上，降低 了其绝缘强度 ，真 加 高压 电场 ，线 圈施 加脉冲磁场 ，在脉冲 强磁 空 度 测 量 时 会 出 现 较 大 的 泄 漏 电流 ，影 响 测 量
浅论真空断路器灭弧室真空度检测方式
浅论真空断路器灭弧室真空度检测方式随着近几年我国配电系统“无油化”改造的顺利实施，真空断路器的应用越来越广泛。
真空断路器的核心部分是灭弧室，由于灭弧室是以真空条件作为其工作基础的。
因此，其真空度将直接影响到电力系统的运行安全性。
真空开关较之油开关而言，它具有开断容量大，灭弧性能好，机械寿命长，运行维护量小，检修量小，检修周期长等特点。
虽然真空开关缺陷率和故障率较低，但较突出的问题是真空泡的真空度检测问题，它不象油开关，SF6开关那样容易检查其介质量。
有些真空开关在运行过程中其真空灭弧室含有不同程度的泄露，有的在寿命范围内就可能泄露到无法正常开断的地步。
系统中有报道称，因真空泡真空度达不到要求，而引起开关爆炸，造成三相短路，酿成重大事故等。
因此，对真空泡真空度的检测必须引起高度重视。
一、真空灭弧室基本结构和原理真空断路器的灭弧室每一只为不可拆卸的整体，动、静能为分别焊在动、静导电杆上。
静导电杆焊在上法兰盘上，动导电杆上焊一波纹管在导向套内运行。
波纹管及导向套焊在下法兰盘上，由瓷柱支撑的金属圆筒屏罩在动静触头外面，再与玻璃外壳形成密封的腔体。
该腔体经过抽真空，真空度一般在10-6Pa以上。
当合、分闸操作时，动导电杆上下波动，波纹管被压缩或拉伸，使真空灭弧室内的真空度得到保持。
在真空中由于气体分子的平均自由行程很大，气体不容量产生游离，真空的绝缘强度比大气的绝缘强度要高得多。
当开关分闸时，触头间产生电弧，触头表面在高温下挥发出金属蒸气，由于触头设计为特殊形状，在电流通过产生磁场，电弧在此磁场力的作用下沿触头表面切线方向快速运动，在金属圆筒（即屏蔽罩）上凝结了部分金属蒸气，电弧在自然过零时就熄灭了，触头间的介质强度又迅速恢复起来。
二、基本测试方法1、传统方法：工频耐压法，即真空开关处于开断状态下，在动静触头之间施加一定的压力，检测泄露电流的大小或观察灭弧室内的放电现象，由此推断真空度的好坏。
这种方法的优点是方法简单，其缺点是，只能定性检测真空度的好坏，而且由于施加的电压不高，真空度在10-5～3Pa之间，无法分辨，即耐压法的实验结果基本是一样的，所以无法合理地判断发展性泄露（即同一个真空开关和上次相比有多大程度的泄露）。
真空灭弧室真空度的测量与管理
真空灭弧室真空度的测量与管理作者：孟丽来源：《中国新技术新产品》2018年第24期摘要：真空灭弧室是真空开关的核心部件，它是以真空作为绝缘和灭弧介质的。
真空灭弧室内的真空度将直接影响真空开关的性能。
该文介绍了一种脉冲磁控放电法，该方法利用真空灭弧室自身的结构特点制造出真空度测试仪，通过测量放电电流值，并根据放电电流与真空度的关系测量真空灭弧室内部的真空度。
该文还介绍了如何计算真空度管理值。
利用有效的测量方法和真空度管理，可以有效地控制由于真空灭弧室真空度给电力运行带来的不良后果。
关键词：真空灭弧室；真空度测量；管理值计算中图分类号：TM61 文献标志码：A0 引言真空灭弧室内的真空度会直接影响真空开关的性能。
该文介绍了一种脉冲磁控放电法，测量放电电流值和真空灭弧室内部真空度并对其进行真空度调整，可以有效地控制真空灭弧室真空度对电力运行造成的后果。
1 真空灭弧室内部气体压力（真空度）和击穿电压的关系从图1（巴森曲线）可以看出，在高真空度的范围内有一个较高且比较稳定的击穿电压，且与真空度的变化无关。
在低真空的范围内，随着真空灭弧室内部压力的增加，击穿电压明显下降，降到谷底后随着气体压力的继续增加，击穿电压反而有小幅度的升高。
2 真空灭弧室真空度与放电电流的特性关系（PMG特性）真空灭弧室真空度与放电电流的特性关系如图2所示，放电电流越大真空度越低，也就是说，放电电流越大真空灭弧室内部压力越大。
真空灭弧室的真空度与放电电流的特性关系不仅取决于电场和磁场的大小和方向、电极间的开距、真空灭弧室在线圈中的位置、测量持续时间等参数，还受真空灭弧室的结构和尺寸的影响。
3 真空灭弧室真空度的测量方法图3中真空管为真空灭弧室，位于电磁线圈中心，当电流通过线圈时，在真空灭弧室电极间产生纵向磁场。
若在分开的电极间施加数千伏的直流电压，将产生可测量的放电效应。
这时由于电场在触头附近几乎与磁场垂直相交，使存在于真空灭弧室内的少量自由电子在向阳极运动的途中发生偏转，这部分电子成圆形或螺旋形路线运动，这就显著增加了电子运动的自由途径以及参与气体分子碰撞电离的概率，从而获得一个稳定的可测量的放电过程。
真空灭弧室的真空度检验方法
真空灭弧室的真空度检验方法1真空度真空度是一个笼统的概念，指的是气体稀薄的空间，但凡绝对压力低于1个标准大气压的气体状态都可以称为真空状态。
真空的程度用"真空度"来度量，用气体的绝对压力值来表示，绝对压力值越低表示真空度越高。
真空度直接影响真空断路器的性能。
根据电力行业标准《10～35kV户内高压真空断路器订货技术条件》(DL403/91)，要满足真空灭弧室的绝缘强度要求，真空度不得低于6.6×10-2Ｐa。
通常真空灭弧室的真空度在10-7～10-9Pa之间。
但是由于制造质量、安装和运行等方面的原因，真空灭弧室的真空度会逐渐降低，当其真空度降到一定数值时将会影响它的开断能力和耐压水平，因此必须按规定定期检查真空灭弧室管内的真空度。
2真空度的检测方法(1)火花计法。
这种方法是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。
若管内有淡青色辉光，说明其真空度在133×10-3Pa以上；若管内呈兰红色，说明管子已经失效；若管内已处于大气状态，则不会发光。
这种方法简单，适用于玻璃管真空灭弧室。
(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很明亮，在开断电流时发出的是兰色弧光；当真空度严重降低时，内部颜色就会变得灰暗，在开断电流时将发出暗红色弧光。
该法适用于玻璃管真空灭弧室作定性检查。
(3)交流耐压法。
这是运行中常用的检测方法。
《规程》规定，要定期对断路器主回路对地、相间及断口开展交流耐压。
试验电压值如下表1所示。
其方法是触头开距为额定开距，在触头间施加额定试验电压，如果真空灭弧室内发出连续击穿或持续放电，说明真空度已严重降低。
否则说明真空度符合要求。
实践说明，采用交流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。
真空断路器真空灭弧室内真空度的在线检测的开题报告
真空断路器真空灭弧室内真空度的在线检测的开题报告开题报告题目：真空断路器真空灭弧室内真空度的在线检测背景：随着科学技术的发展，真空断路器作为高压开关装置的一种，广泛应用于电力系统中。
作为电力系统中的可靠保护装置，真空断路器的质量和性能直接影响着电力系统的安全和稳定运行。
而真空灭弧室内的真空度则是影响断路器性能的关键因素之一。
因此，需要对真空断路器真空灭弧室内的真空度进行在线检测。
目前，国内外已有很多关于真空度检测的研究，但大多数都是针对真空炉等特定场合的，而针对真空断路器真空灭弧室内的在线检测方案还比较缺乏。
研究内容：本研究旨在开发一种基于气体分子碰撞信号检测的真空度在线检测方案，以实现对真空断路器真空灭弧室内真空度的实时监测和数据采集。
具体研究内容包括：1. 研究真空度检测方法和技术。
包括了解气体分子碰撞信号检测的原理和方法，探究其在真空度检测中的应用。
2. 设计真空度检测系统。
根据检测原理和方法，设计真空度检测系统，包括传感器、信号采集器、数据处理器等硬件设备。
3. 测试和验证系统性能。
测试和验证设计的在线检测方案与传统检测方法的比较，评估系统性能的优劣，并对方案进行优化和提升。
研究意义：本研究对于提升真空断路器的性能和可靠性具有重要意义。
一方面，实现真空度在线检测可以及时发现真空灭弧室内真空度异常，及时采取措施保障系统的安全和稳定运行。
另一方面，研究和开发基于气体分子碰撞信号检测方法的真空度在线检测系统，可以为类似场合的真空度检测提供新方法和新技术。
研究计划：本研究计划分为以下几个阶段：1. 阶段一：综述归纳前人的研究成果，深入了解气体分子碰撞信号检测的原理和方法，选择合适的检测方案。
2. 阶段二：设计并制作真空度检测系统，包括硬件设备的选型、设计和制作，以及软件方案的设计和开发。
3. 阶段三：进行真空度检测实验，并对收集到的数据进行分析和处理。
比较本方案与传统检测方法的性能和优劣，进行系统的优化和提升。
真空度测试仪的原理
真空度测试仪的原理 真空度测试仪是真空灭弧室的真空度的鉴定设备，它以磁控放电为原理，以单片机为主控单元，测试过程完全实现自动化。
真空断路器是电力系统中普遍使用的高压电器，其核心部件是真空灭弧室，由于灭弧室是以真空条件作为工作基础的，所以它不象油开关，真空度测试仪开关容易检测其质量。
传统上，真空断路器用户判断灭弧室真空度的方法是工频耐压法，这种方法只能粗略判断真空度严重化的灭弧室。
真空度测试仪采用离子电荷来做标定。
这样，有效地抑制了测试过程中瞬态电源的干扰，使测试稳定可靠。
由于采用计算机为主控单元，真空度测试仪能很方便地扣除由于环境因素产生的漏电电流。
随着中压开关无油化浪潮的兴起，真空开关以其独特的优点得到了广泛的推广和应用。
这些年来，由于生产工艺和现场使用环境方面的原因，有些真空开关在运行过程中其真空灭弧室会有不同程度的泄漏，有的在正常寿命范围内就可能泄漏到无法正常开断的地步。
在这种情况下进行开断就会出现不能正常开断的现象而造成严重的后果。
国内真空开关事故大多是由此原因引起。
所以加强定期或不定期检测真空开关真空度成了十分重要的环节。
真空度测试仪采用磁控放电法进行测量。
将真空开关灭弧室的两触头拉开一定的距离，施加电场脉冲高压，将灭弧室置于螺线管圈内或将新型电磁线圈置于灭弧室外侧，向线圈通以大电流，从而在灭弧室内产生与高压同步的脉冲磁场。
这样，在脉冲强磁场和强电场的作用下，灭弧室中的带电离子作螺旋运动，并与残余气体分子发生碰撞电离，所产生的离子电流与残余气体密度即真空度近似成比例关系。
对于不同的真空管型号（管型），由于其结构不同，在同等触头开距、同等真空度、同等电场与磁场的条件下，离子电流的大小也不相同。
通过实验可以标定出各种管型的真空度与离子电流间的对应关系曲线。
真空灭弧室的真空度及其检验方法
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表 ２ 真 空 断 路 器 交流 耐 压试 验 电 压 值
大 、 修 时 ， 进 行 真 空 灭 弧 室 真 空 度 的测 量 。 明真 空度 已严 重 降 低 。否 则 表 明 真 空 度 符 合 要 小 要
目前 采用 的测 量方 法 如下 ： １ 火花计 法 ． 求。
实践表 明 ， 采用 交 流耐 压 法检 测严 重 劣质 的
这种 方 法 是采 用火 花探 漏 仪检 测 ， 测 时将 真空灭 弧 室 的真 空度 是一 种 简便 有 效 的方 法 。 检 火 花探 漏仪 沿灭 弧 室表 面 移动 ， 其 高频 电场作 在
（ ： 注 表格 括 号 内外数据 分 别 与“ ” “ ” 电 阻接 地 系统相 对 应 ） 是 和 非 低
真空 断 路 器 的性 能 。根 据 电 力 行 业 标 准 《 ０ 蔽罩 等部 件表 面颜 色 应很 明亮 ， 开 断 电 流 时发 １～ 在
３ｋ 户 内 高 压 真 空 断 路 器 汀 货 技 术 条 件 》 出的是 蓝色 弧 光 ； ５Ｖ 当真 空 度 严 重 降 低 时 ， 内部 颜
维普资讯
・
经验交流・
电气 试 验
２０ 年第 ３ ０２ 期
真 空 灭 弧 室 的 真 空 度 及 其 检 验 方 法
梅 开锋
（ 徽 省怀远 供 电局 安 邮编 ：３ ４ ０ ２ ３０ ）
一
、
真 空 度
真空断路器灭弧室检测技术的发展及应用
真空度离线检测方法
优缺点 成本低、方法简单，有累积损坏效应，且不能判断临界状态的灭弧室 重复性好，但无法检测全封闭真空开关 触头开距控制灵活，但是工作电流大，难以推广使用 系统复杂，1Pa以下测量误差大 系统复杂 可不拆卸灭弧室，但测量结果受触头表面分子吸附层影响 现场干扰因素较多 X射线吸收剂量受到电场及压强的影响,具有放射性 触头表面分子吸附层影响测量结果
放电的屏蔽罩电位法、高频脉冲法、基于潘宁放电原理的检 测方法等[21-24]。
光电变换法利用“电光效应”原理，检测光传感器在不 同电场中光学性能的变化来判别真空状态的，再经光纤传到 低电场区或控制系统中进行检测，适用于10-1Pa以上的真空 度。该方法的缺点在于元件成本高、不适于大批量使用、工 作稳定性差[25]。
六氟化硫断路器。真空断路器的核心器件是真空灭弧室，其
磁控放电法通过向灭弧室同时施加强电场和强磁场，
开断能力取决于真空度，真空度良好的灭弧室，具有较强的
检测离子电流，根据离子电流与真空度的关系，判断真空度
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电流切断能力，能够在切断高压后，迅速熄灭电弧并抑制电
大小。此种方法测量精度高，是目前真空度检测最佳方法之
流。但是，灭弧室在工作过程中会产生一系列的化学、物理
一。适用于10-1~10-5Pa真空度的检测。
反应，致使真空度有所下降，导致开断能力减弱，甚至出现
测试原理如下图所示。
不能正常开断电流的现象。有文献指出，当真空灭弧室内部
真空度处于0.01~1Pa之间时，真空断路器将会失去高频电流开 断能力[1-2]。因此，为了保证真空断路器的正常运行，灭弧室
0 引言 真空断路器因其优良的开断能力、体积小、无污染等特
拉开至额定距离，逐渐增大出头间的电压，若能承受规定电 压1min，即为合格，若击穿则真空度不合格。这种方法只能
激光法无损检测真空灭弧室真空度测试仪的研究
激光法无损检测真空灭弧室真空度测试仪的研究摘要：真空灭弧室是开关电器核心部件，在运行中会出现真空度下降的现象，如何对其进行无损检测一直是电力系统一项重要研究课题。
文中讨论了基于激光法测量真空断路器灭弧室真空度的检测方法，介绍了真空度测试仪的硬件框图和工作原理。
该测量仪采用C8051F040控制器进行同步控制与数据采集处理。
实践证明真空度测试仪能准确地反映真空泡的真空状况。
关键字：真空灭弧室；激光法；C8051F040；真空度中国分类号：TP274 文献标识码：AStudy of the vacuum degree test of vacuum interrupter by laserBaoguo Tang,Tao Qiao,Kaiwu Wang,Jianyun Jin,Fengguo ZhangAbstract: Vacuum breaker is a sort of important electric equipment of switch-wiring which take on control and safeguard in electric power system. The vacuum arc extinguishing chamber is the core component of the switch apparatus, and the vacuum degree is decreased in the operation. In this paper, the method of measuring the vacuum degree of the vacuum circuit breaker based on the laser method is discussed, and the hardware block diagram and working principle of the vacuum degree tester are introduced. The C8051F040 controller is used to synchronize the control and data acquisition and processing. Practical application has shown that this instrument is able to reflectthe operational status of the vacuum tubes in an error-free way.Key word: vacuum interrupter; by laser; C8051f040; vacuum pressure1 引言真空断路器是开关电器核心部件，它是以真空为绝缘和熄弧介质。
真空开关管内真空度检测的研究
$ ’ !
西安理工大学学报 @ 第$ 3 ( ( ( A 7卷第 3期
图 ! 直流特性
图 " 交流特性
触头 间 的电压增大而增 大 # 当电 压由 $ 电流几乎增大了 $ 而可测到的最低压 ’ ( % & 增到 $ % & 时# ) *# /$ 强则随之降低 # 由$ 降到 $ + ( + ! .$ ( , 0当磁感应强度为 $ " ( ( % &的 $ , 1 2时 #电压由 $ % & 增大到
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/$ /3 电流几乎增大 3 而可测到的最低压强由 $ 降到 ! $ ’ ( + ( .$ ( + 3 .$ ( 0 % & 时# ) *# % &的 4 , , 在交流特性中 #如图 "所示 #电压同样对放电电流和可测到的压强影响较大 0
可见 #一方面电压升高使得极间电场加强 #外加电场的 增强又 使电 极表 面势垒 高度下 降 #势垒 宽度变窄 #这样可使更多的微粒在极间电场作用下运动 #这就意味着参与残余气体分子碰撞的离子 增多 5另一方面 #电压升 高使 得发射 的 电 子能 量 增 大 #因 为电子 必须具 有足 够的能 量 #才能 使气体 分子碰撞电离 #否 则 #无 论电 子行程 多 长 #碰 撞 产生 电离 的可 能性也 很小 #因 此电压 升高可 使气 体 电离效率增 大 #放 电电流增大 0由图 !可见 #即 较稀 薄气 体也 能得到 一个可 测的放 电电 流 #压 强的 测量范围加宽 0当电极间电场再加大时 #对可测到的最低真空度变化不大 #也即趋近饱和 0 6 + 6 横向磁场对真空度检测的作用 给真空灭弧室加一横向磁场 #来研究放电电流与真空 度的关 系 0加 横向磁 场方法 较多 #用 线圈 也可以 #这主要是考虑到可 以利用在线管子的有限侧 面 #为 在 线 检 测 提 供 方 便 0 如图 7所示 #在同一开距和 电 压 下# 对 于 无 磁 场8 $ ( ( ( " ( ( 1 2和 $ 1 2时 的 情 况作一对比 0磁场对放电电 流和可测到的压强范围作 用 很 大 #随 着 磁 场 的 增 大 # 放电电流有显著的增大 #并 且也加宽了可测的压强范
真空灭弧室真空度测量和校验方法的探讨
真空灭弧室真空度测量和校验方法的探讨摘要：本文从真空灭弧室真空度测量的意义入手，介绍了真空度离线和在线测量的技术现状和成果，并侧重分析了脉冲磁控放电法存在的问题和基于该原理制造的真空度测试仪的校验方法，最后探讨了真空度测量技术的发展方向。
关键词：真空灭弧室;真空度测量;校验;脉冲磁控放电法引言真空灭弧室是利用真空优异的灭弧和绝缘性能来实现通断主回路的目的。
由于长期的扩散，焊缝中微小的缺陷及外部环境对焊缝的侵蚀，波纹管疲劳引起的泄漏或者灭弧室内吸气材料活性丧失等原因，会使真空灭弧室内的压强升高，从而影响其绝缘性能和开断能力，严重时将导致其开断完全失效。
据统计，真空开关的关合和开断故障中90%以上是由真空灭弧室的真空度劣化引起的[1]。
1.真空灭弧室真空度离线测量技术真空度离线测量技术有脉冲磁控放电、工频耐压法、观察法、高频电流法等[2]，其中脉冲磁控放电法是目前唯一可较好定量测量真空度的方法，具有较好的重复性和较高的测量精度。
1.1脉冲磁控放电法脉冲磁控放电法的研究最早可追溯至1962年，J.RLucek等人首先提出了利用磁控放电法进行真空度的检测，并且申请了美国专利[3];随后，德国西门子的WKuhl等人对该方法进行了改进，并发明了专门用于真空灭弧室内部压力检测的装置[4];日本的服部惠积、MOkawa等人也研制出了类似的用于真空灭弧室真空度检测的仪器[5]。
国内的上海思源电气，上海交通大学，西安博能电力公司等研制出了基于磁控放电原理的真空度测试仪。
但是，目前基于脉冲磁控法的真空度测试仪存在以下两个方面的问题：1）磁场不稳定，线圈发热问题严重，不能长时间连续运行，这对真空灭弧室生产厂家来说是不可接受的。
2）该方法直接获取的数值是离子电流值，而不是实际的压强值。
因此，要获得高精度的真空度测量结果，必须针对特定的灭弧室结构，采用高精度标定平台和标定方法，得到电离电流值与压强值之间的实际关系曲线。
1.2脉冲磁控放电法真空度测试仪的校验方法通过管路和法兰将真空泵、机械泵、真空池、真空灭弧室连接成一个等压强的密闭系统，由真空泵和机械泵使该系统达到额定的真空状态;调节放气针阀来改变系统的真空度，通过焊接在灭弧室上的离子规管获得压强值的变化，由磁控放电原理的真空度测试仪来获得灭弧室的电离电流值;将两者对应起来即可获得离子电流与压强的关系曲线，但是，对于真空度-离子电流关系曲线的建立，由于磁控放电不仅会将灭弧室内部气体分子电离，同时在电场的作用下，触头表面吸附的气体及表面附着的微粒也会释放;另外，测量时的环境湿度及所测灭弧室的表面状况;这些都会影响离子流的准确测量。
灭弧室真空度探讨
检测原理说明：当灭弧室真空度正常时，仅需几百伏的电压就可以维持带电触头与中间屏蔽罩之间由场致发射引起的电子电流，屏蔽罩积累的电荷使得屏蔽罩上点位极高，最高可接近电源电压的峰值，且比较稳定：真空断路器的金属导杆和触头与屏蔽罩之间相当于一个电容器，真空断路器的屏蔽罩对地也相当于一个电容器。
当真空度降低时，灭弧室内的气体密度变大，内部气体压力的升高将导致气体分子、金属粒子、各种粒子增多，从而引起绝缘特性下降，预击穿电压降低，发生预击穿的几率增多，产生预放电，导致屏蔽罩电位下降，并使真空断路器周边电场强度发生变化。
在内部气体压力开始变化时这种变化不是很明显，但到一定值时电场变化变得十分明显，然后又趋于缓和，其变化曲线类似于低通滤波器。
因此利用这一曲线，通过外加特定的微博型号穿透VCB，收集反馈信号的变化，可以较好的判断内部气体压力的变化趋势。
当内部气体压力进一步升高时，金属导杆和触头主要通过导电气体对屏蔽罩充放电，由于屏蔽罩对地的电容很小，少量的电荷堆积即可大幅度减小触头附近的电场强度。
因此难以形成稳定的导电性通道。
而可能在触头的边缘形成电晕，此刻通过外加特定的微波穿透信号，该电晕使得屏蔽罩上的反馈信号周期性出现，检测这个特定的反馈信号存在，就可以反应内部气体压力的变化。
由安装在真空断路器现场的天线传感器检测到屏蔽罩周围的反馈信号电场的变化，通过信号传送通道和相应的滤波，放大以及转换器件将相关数据送达中央程序处理器（CPU）进行判断处理。
由于真空断路器中的反馈信号和周边的电场与真空断路器现场的干扰噪声信号处于同一数量级的电场环境之中，因此必须从硬件和软件上采取抗干扰措施，保证系统有很强的抗干扰性能，使系统获得有效可靠的故障真实信号。
为此，天线传感器发射、采集元件必须尽可能安放在屏蔽罩的附近，在硬件额各个环节上必须采用屏蔽、隔离、滤波、放大，选择合适的频带等措施避开干扰噪声的频谱。
24小时在线监测功能国内VCB在线监测技术多停留在该联研究阶段，市场少见成熟产品很出现。
基于超声波无损检测真空灭弧室真空度技术研究
基于超声波无损检测真空灭弧室真空度技术研究发布时间：2022-06-22T01:10:42.644Z 来源：《科学与技术》2022年2月4期（下）作者：景博[导读] 真空断路器的核心部件是真空灭弧室，在运行过程中真空灭弧室会有不同程度的泄露，真空断路器的事故大多是由此原因激发景博国网山西省电力公司临汾供电公司，山西临汾 041000摘要：真空断路器的核心部件是真空灭弧室，在运行过程中真空灭弧室会有不同程度的泄露，真空断路器的事故大多是由此原因激发。
而传统的交流耐压试验法无法准确掌握真空度数值，且为破坏性试验，因此，亟需寻找一种既对设备无损坏又在现场简便易操作的试验方法。
本文针对目前国内外真空断路器真空度检测困难的现状，提出一种基于超声波无损检测真空灭弧室真空度的方法，研制检测装置并将装置试运行于现场。
结果表明：通过本装置测量真空度数值是准确的；利用本装置可以实现无损无损检测真空灭弧室真空度。
1.背景真空断路器的核心部件是真空灭弧室，在运行过程中真空灭弧室会有不同程度的泄露，真空断路器事故大多是由此原因激发。
《1035kV户内高压真空断路器订货技术条件(DL/T403-2000)》4.15规定，真空灭弧室的允许储存期20年，在允许期之末，真空灭弧室内部气体压强不得大于6.6×10-2Pa。
目前，现场检测真空断路器真空度方法是传统的断口工频耐压法，主要缺点是：试验过程中，施加电压较高，对真空断路器造成不可逆的损坏；无法测得真空度数值，不能满足规程要求。
新型的磁控放电法，主要缺点是：在试验过程中对设备有损坏；现场不容易操作。
2.超声法测量真空灭弧室真空度建模超声波本质是一种机械波，机械波只能在介质中传播不能在真空中传播。
利用超声波必须在介质中传播不能在真空中传播的特性，通过寻找超声波衰减量和真空度之间的函数关系，建立数学模型，从而推算出真空度，若大于行业标准6.6×10-2Pa，判别为相关真空灭弧室不合格。
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邮局订阅号：８２－９４６３６０元／年技术创新传感器与仪器仪表《ＰＬＣ技术应用２００例》您的论文得到两院院士关注１引言真空断路器自出现以来，随着真空技术的不断进步和材料科学的发展，以其耐压强度高、分断能力大、寿命长、结构简单、体积小、无污染和安全可靠等特点被广泛应用于配电系统、动力设备和其他多种特殊场合，并取得了良好的运行效益。
真空灭弧室是真空断路器的心脏，真空断路器的绝缘和开断能力取决于真空灭弧室的真空度。
由于灭弧室是以真空条件作为工作基础的，所以不象油开关ＳＦ６那样容易检查介质质量。
有些真空开关在运行过程中真空灭弧室存在不同程度的泄漏问题，在这种情况下进行开断就会出现断不开的现象而造成严重的后果。
国内由此而引发的事故不断发生。
传统上判断真空断路器灭弧室真空度的方法是工频耐压法，即真空开关处于开断状态下，在动静触头之间施加一定的电压，检测泄漏电流的大小或者观察灭弧室的放电现象，由此推断真空度的高低。
这种方法虽然简单。
但只能定性检测真空度；而由于施加的电压不高，真空度在１０－５～１０－３Ｐａ之间，无法分辨，即耐压法的试验结果基本一样，无法合理的判断发展性泄漏。
所以，这种方法只能粗略地判断灭弧室真空度劣化的程度。
２冷阴极磁控管放电法２．１测试原理目前大多数的真空度测试仪采用脉冲磁控放电法。
脉冲磁控放电法主要存在局限性是其同步性。
此方法是通过电场电容器和磁场电容器的充放电来产生强电场和强磁场，所以这种情况下产生电场和磁场是依靠微机发送触发信号来产生的，就有可能导致电场和磁场的不同步。
所以降低了测量的精确度。
冷阴极磁控管放电法的测量原理如图１所示。
该方法把被测的真空灭弧室本身作为磁控管，将真空灭弧室置于电磁线圈的中心，当线圈通电时，则产生轴向磁场，其磁力线如图１，图１冷阴极磁控管放电法原理图带箭头的线所示。
同时在分开的触头电极之间施加数千伏的直流电压，就可产生一种可测的放电效应。
直流高压建立的电场在触头附近呈弧状，其水平分量与磁场垂直相交，因而使存在于灭弧室内的部分自由电子在向阳极的运动途中呈螺旋形路线运动，这样，显著增加了电子运动的自由途径，増加了电子动能，使其与其它残余气体分子碰撞发生电离的概率大大増加，从而产生类似雪崩效应的放电过程。
放电参数与真空度的关系取决于真空灭弧室的几何尺寸，材料，外部激励（电场和磁场）和灭弧室内的真空压力。
对某一种灭弧室，其几何尺寸和材料是确定的；而对仪器来说，对真空灭弧室的外部激励是确定的。
因此，真空灭弧室真空度测试仪的研究Ｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｖａｃｕｕｍｄｅｇｒｅｅｔｅｓｔｏｆｖａｃｕｕｍｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｒ（西安电子科技大学）史军刚白小平ＳＨＩＪＵＮＧＡＮＧＢＡＩＸＩＡＯＰＩＮＧ摘要：真空断路器是开关电器最为重要的一种电气设备，在电力系统中担负着控制和保护的双重任务。
提高开关工作的可靠性已经成为一项重要研究课题。
文中讨论了基于冷阴极磁控放电（潘宁放电）法测量真空断路器灭弧室真空度的测量方法，介绍了真空度测试仪的硬件框图和工作原理，分析了选取电离电荷量作为被测参数是准确测量的基础。
该测量仪采用Ｓ３Ｃ２４１０控制器进行同步控制与数据采集处理。
实践证明真空度测试仪能准确地反映真空泡的运行状况。
关键字：真空灭弧室；潘宁放电；Ｓ３Ｃ２４１０；真空度中图分类号：ＴＰ２７４文献标识码：ＡＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｖａｃｕｕｍｂｒｅａｋｅｒｉｓａｓｏｒｔｏｆｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｌｅｃｔｒｉｃｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｆｓｗｉｔｃｈ－ｗｉｒｉｎｇｗｈｉｃｈｔａｋｅｏｎｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｓａｆｅｇｕａｒｄｉｎｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｒｅｉｓａｖｉｔａｌｑｕｅｓｔｉｏｎｆｏｒｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｗｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｗｉｔｃｈ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｈｅｖａｃｕｕｍｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｒｏｆｂｒｅａｋｅｒｂｙｍａｇｎｅｔｉｃＰｅｎｎｉｎｇｄｉｓｃｈａｒｇｅｒ，ａｎｄｈａｒｄｗａｒｅｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｖａｃｕｕｍｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｔｍａｋｅｓｔｈａｔｂａｓｅｏｎａｃｃｕｒａｔｅｔｅｓｔｉｓｍａｒｋｏｕｔｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｃｈａｒｇｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｓｐａｒａｍｅｔｅｒ．ＴｈｅｔｅｓｔｅｒｄｏｅｓｓｙｎｃｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｔｈｒｏｕｇｈＳ３Ｃ２４１０ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｈａｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｉｓｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｉｓａｂｌｅｔｏｒｅｆｌｅｃｔｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｓｔａｔｕｓｏｆｔｈｅｖａｃｕｕｍｔｕｂｅｓｉｎａｎｅｒｒｏｒ－ｆｒｅｅｗａｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄ：ｖａｃｕｕｍｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｒ；Ｐｅｎｎｉｎｇｄｉｓｃｈａｒｇｅ；Ｓ３Ｃ２４１０；ｖａｃｕｕｍｐｒｅｓｓｕｒｅ文章编号：１００８－０５７０（２００７）０６－１－０１３３－０２史军刚：讲师１３３－－技术创新中文核心期刊《微计算机信息》（测控自动化）２００７年第２３卷第６－１期３６０元／年邮局订阅号：８２－９４６《现场总线技术应用２００例》传感器与仪器仪表在真空灭弧室的型号一定时，其放电参数与真空度有准确的对应关系。
２．２着火条件模型对具有两个电极的密封真空器件复杂结构可简化为图１的模型。
假设两极之间为平行电场和均匀的轴向磁场，即Ｅ／／Ｂ。
两极之间建立．电场后，空间的自由电子以及阴极表面的微弱电子发射，会形成本底电流，此电流较小。
电子流在磁场中做拉摩（Ｌａｒｍｏｒ）运动，Ｌａｒｍｏｒ运动使得电子在到达阳极前的运动路程大大增加，有更多的机会与残余气体分子碰撞并使其电离。
设电子的初始速度径向分量为ｖｒ，则Ｌａｒｍｏｒ运动的半径ＲＬ周期ＴＬ，分别为（１）式中，ｍｅ和ｅ分别为电子质量和电量。
由于强电场加在轴向，故假设电子依靠轴向的动能来使气体分子电离，即发生碰撞电离后电子只损失轴向动能。
设气体分子的电离能为Ｅ１，若轴向动能大于或等于Ｅ１，电子只发生电离碰撞，则电子的动能从０积累到Ｅ１需要的时间为（２）在稳定的放电过程中，电子在两次碰撞之间积累的动能必须大于气体的电离能，即电子动能积累到Ｅ１之前所走过的路程Ｓ应小于电子的平均自由程λｒ，即（３）电子通过电场均匀的两极间的时间为（４）则电子在它被阳极吸收之前，至少应发生一次碰撞，即（５）由以上两式可得潘宁放电的着火条件为（６）根据上式，着火条件似乎与磁场无关，这是由于我们采用的是同轴磁场。
尽管磁场的大小并不影响放电的着火条件。
但对具体的器件而言。
为了使放电信号可测量，磁场值应有下限制，这是因为拉摩Ｌａｒｍｏｒ运动的半径必须小于管径Ｒｓ。
故最小磁场为（７）３测试仪的结构和数据分析３．１结构和工作原理真空度测试仪的硬件框图如图２所示，主要是由整流回路、高压回路、磁控电流产生部分、嵌入式控制器Ｓ３Ｃ２４１０、Ａ／Ｄ转换器、ＬＣＤ显示、ＲＳ－２３２串口及ＵＳＢ口组成。
图２真空度测试仪框图真空度测试仪的工作原理是：由控制器Ｓ３Ｃ２４１０产生ＰＷＭ行振信号通过高压部分的放大驱动行推动变压器，由行推动变压器的刺激驱动行输出功率晶体管，进而推动行输出产生高压。
Ｓ３Ｃ２４１０发出指令对电容器ｃ进行充电，当电容器上的充电电压达３５０Ｖ时，比较电路给出信号，Ｓ３Ｃ２４１０发出停止充电命令，同时控制继电器接通可控硅的触发极，使可控硅导通，从而电容上的电能得以送向线圈，即产生了磁控电流。
由于真空泡内低密度，触头断开后类似于平板，两触头间存在分布电容，当电压Ｕ快速上升时，会产生容性电流ＩＣ；同时由于真空泡外壁在运行中受到环境影响等原因产生泄漏电流ＩＸ；当流经励磁绕组Ｌ中的电流Ｉｍ增大，产生的磁场达到临界值ＢＭ时，灭弧室内电子在磁场、电场作用下开始产生螺旋运动，并与残留气体分子碰撞，产生电离，离子电流Ｉｉ形成。
该电流Ｉ是由ＩＣ、ＩＸ、Ｉｉ三者叠加而成，电流Ｉ经取样电阻Ｒ０取出，并通过运算放大器送给微机，微机通过数据处理算法将ＩＣ和ＩＸ滤除，则获得稳定的离子电流Ｉｉ，然后根据操作者的操作可以使曲线显示在ＬＣＤ显示屏，或者通过ＲＳ－２３２／ＵＳＢ串口上传到ＰＣ机进行处理。
需要注意的是，冷阴极磁控管放电所需的磁场感应强度须大于０．１５Ｔ，并且持续时间要大于１０ｍｓ。
３．２数据分析经过大量的实验，该真空度测试仪可以获得满意的效果，图３为测试仪针对管型为ＴＤ１５Ｂ－１２／６３０－２０测量数据形成离子电流－真空度曲线图，可以发现真空度与离子电流之间呈线性对应关系。
图３离子电流－真空度关系曲线４问题分析及解决真空度测试仪在测试中碰到的主要问题是真空灭弧室触头间的尖端放电。
由于真空灭弧室触头表面细微毛刺的存在，当在触头间加上高压时，会产生微弱的尖端放电，此放电对磁控放电电流峰值可能产生相当的影响。
但是，此类的尖端放电的持续时间非常短，是以纳秒来计算的。
而电荷量计算是以电流为被积函数，以时间为积分变量在固定时间区间上做的积分，在数值计算时是将落在该区间内的所有样点求和。
通过分析，真空灭弧室的真空度与电离的电荷量有非常准确的对应关系，而与电离电流的峰值仅有概率上的相关性，所以选取电离电荷量作为被测参数是准确测量的基础。
其次，采用电荷量作为被测量也可以消除磁场和电场对信号输入线的干扰。
５结论由于真空开关灭弧室在运行过程中会因为各种原因造成失效，导致事故发生。
因此对真空灭弧室有效的过程监控是必要的。
（下转第９５页）１３４－－邮局订阅号：８２－９４６３６０元／年技术创新控制系统《ＰＬＣ技术应用２００例》您的论文得到两院院士关注５．４求取ＰＩＤ参数假定系统某时刻误差、误差变化率的绝对值｜Ｅ｜、｜ＥＣ｜已知，现在根据｜Ｅ｜、｜ＥＣ｜就可以求出ＫＰ、ＫＩ、ＫＤ。
以求ＫＰ为例说明推理方法。
根据表１，可写出每条控制规则，如第一条可写为：该规则隶属度的计算方法为：同理可求出关于ＫＰ的其他所有规则的隶属度，其中，ｎ为有关ＫＰ所有规则的条数，ｃＰｉ为第ｉ条规则中ＫＰ所取模糊集合的中心值。
ＫＰ的计算公式为（５－１）同理，可得到ＫＩ、ＫＤ的计算公式，如式（５－２）、式（５－３）所示。
（５－２）（５－３）其中，ｍ、ｌ分别为有关ＫＩ、ＫＤ的所有规则的条数。
从式（５－１）～式（５－３）中可以看出，ＫＰ、ＫＩ、ＫＤ与｜Ｅ｜、｜ＥＣ｜之间建立了一种函数关系，满足了系统在控制过程中不同状态下对控制参数的不同要求，由模糊控制器整定的ＰＩＤ参数输入到常规ＰＩＤ控制器，由常规ＰＩＤ控制器输出气阀开度控制量ＧＶ和进水阀开度控制量ＷＶ控制气阀开度和水阀开度，所以该控制器能够取得优于常规ＰＩＤ控制器的控制效果。