基于LabVIEW的真空开关真空度在线监测系统研究(2)
传感器的外壳是由电绝缘材料制成并且呈伞状，其整体电气隔离特性和良好的绝缘性能能满足在线监测系统可靠性与安全性的需求，且对真空开关的工作性能无任何影响。同时，传感器本图4 传感器电路结构图身的电容值很小，基本上不会改变屏蔽罩与接地网之间的电场分布，使得检测信号能正确地反应被测电场的改变情况。
2.3、监测系统的硬件和软件
真空在线监测系统包括传感器、多通道控制器、计算机等设备。其中传感器用来测量高压真空开关的真空度，每个开关柜需要3 个传感器分别监测A、B、C 三相真空开关。研制的在线监测系统能同时在线监测32 个高压开关柜，而且在监控过程中能实现分时信号采集和信号传输控制，执行计算机命令时，控制器将实行开关柜数字替换，接通或断开传感器进行真空度测量的工作能量，开始或停止真空度测量。测量好的三相真空度信号首先通过控制器处理，然后经多通道开关同时输入传输电路，再将其送入主机执行转换、处理、操作、显示以及存储命令。计算机、计算机接口和多路数据收集卡AC1280A 组成了主机。在LabVIEW 管理系统中，由数据采集卡完成三相检测信号和母线上的三相电压信号的A/D转换，转换后的结果存储在电脑内存里，等待LabVIEW 去传送和处理。监测系统采用由RS-232 /RS-485 转换的串行端口来实现LabVIEW 管理下主机与控制器之间的信息交流，系统软件也由LabVIEW 编程，包括监测系统控制、管理、数据采集和运行等。
2.4、监测系统功能参数
真空测量范围:5.6 × 10 -4 ～ 1.3 × 102 Pa真空度警报线:1.0 × 10 -2 ～ 1.0 × 10 -1 Pa真空开关的电压等级:3 ～ 35 kV能监测的真空开关的数量:32 组× 3 相取样数据数量:1 024 /相取样时间:1 min /柜
3、真空度判断准则
在线监测真空衰减状况时，测量电场的相对改变值比起测量电场中的绝对值意义重大得多。监测系统同时测量真空开关柜中的A、B、C 三相真空开关的屏蔽罩外侧电场的有效值，然后通过以下运算法则来判断真空度的变化:
(1) 每相电流的检测值都用来与过去时刻的相比较，以此来计算真空开关真空度的变化趋势，在一定时段内曲率的全部变化将作为判断真空衰减的一个准则，将现时段变化的平均值与过去相对应的平均值相比较，若相对值降低1 %，则监测系统就会报警。
(2) 当真空度没发生衰减时，同种型号真空开关的真空度基本上是相同的，将三相同步采样的探测值进行两两比较，并把这3 种区别当作另一项断定真空开关真空衰减度的准则。
(3) 监测系统的校正是通过离线测试设备来测试静态电场值，利用传感器输出的静态电场值和真空度之间的曲线关系进行的，将相对于真空度为10 -1 Pa 的静态电场值U0作为一个警报值。
综合以上所有提及到的运算法则，当检测结果同时符合以上提及到的所有警报条件，监测系统就会立即报警。由于是同步测量三相真空开关，并将其相对值作为真空度衰减的根据之一，那么由环境温度改变而引起的测量误差逐渐被消除，而且测量结果是电场的有效值，减小了因为反向操作频繁而导致的误差值。监测系统采用光缆进行信号传送，把检测输出量的相对变化认为是真空度衰减的警报根据之一，这已经大幅度地降低了电磁干扰的影响，同时，多种信号处理方法例如滤波已经在监测系统中采用，更能有效地抑制各种类型的电磁干扰，改进监测系统的可靠性能。
4、应用
为了验证这种在线监测系统的可行性，进行了模拟试验来在线检测实验室中真空灭弧室的真空度。实验中，A 相灭弧室通过绝缘管与真空系统连通，两者的真空度大致相等且达到10 -3 Pa。B 相或C 相灭弧室的真空度接近10 -3 Pa，3 个电场传感器被分别安置在如图1 所示的屏蔽罩外侧。
为了模拟现场工作环境，在接真空开关的电流接触器加上11 kV 的三相交流电压，再通过监测系统同步测量3 个屏蔽罩外侧的电场值。传感器的安装与在线监测系统情况如图5 所示。开始试验时，将A 相灭弧室的真空度被调整到10 - 3Pa，令三个灭弧室的真空度基本相等，测得的三个电场值和电位值也基本上相等。然后，逐渐升高A 相灭弧室的气压至10 Pa，监测系统在升高气压的过程中同步测量A、B、C 三相灭弧室屏蔽罩的电场值和电位值。在线监测的测量值如图6 所示，随着真空度逐渐降至10 -1 Pa，A 相电场值和电位开始逐渐下降，但是B 相或C 相的测量值看上去都没有变化，A 相变化趋势与先前如图2 分析的一致。
图5 在线监测系统
图6 在线监测的测量值
实验结果表明，监测系统能有效地监测真空开关中真空度的变化，而且根据在线监测对真空度衰减的要求，把10 -1 Pa 看作警报极限值。该结果也证实了前面的理论分析。另外，测试点的实际静态电场值没有标定，因为对于在线检测来说，更关心相对值的变化。这种在线监系统已被放置现场，它的场强测量表明它的灵敏性、电磁兼容、可靠性均能满足在线监测的要求。
5、结语
真空开关规定的相关标准:真空度通常与真空断路器匹配，真空度值应该低于1. 33 × 10 -2 Pa。但这是它在静态条件下检测出的一个参数，真正的灭弧室真空度是开关正在操作运行时的一个动态参数，它在切断电流时可能高于这个气压值。故当真空度接近临界真空状态时，真空开关在执行闭合和断开操作时能够判断灭弧室真空开关的真空度是降低的，这时监测系统马上发出警报。目前，该监测系统在实际运行中能准确判断灭弧室真空度的质量。
