- 详细介绍
选型说明
DYVS1 — 功能代号
功能代号：J机械特性，K真空度
示例：DYVS1-K 表示断路器真空度在线监测装置
真空度
1、概述
断路器真空度在运行过程中真空度会逐步下降，真空泄漏到一定程度，分合闸时开关柜会发生爆炸，严重者波及整个高压柜室连环烧毁。尽管国家执行了定期检修制度，但因现场对真空度无法检测，只能通过破坏性高压试验验证，由于国内真空泡技术水平的限制，两次检修期间发生真空泄露导致开关爆炸时有发生，给用户造成了惨重的损失。事实上，断路器真空度复杂的密封结构也不允许用户进行常规手段进行检修。真空度在线监测已经成为一次设备状态检修的重要组成部分，国际国内众多电力专家都在为之努力而没有攻克。
本产品通过非接触式传感器实时捕捉运行状态中的断路器真空度（以下简称VCB）在真空度下降时发生的特征变化，在VCB发生真空泄漏初期及时告警，提醒运行人员及时处理，杜绝因真空泄漏导致的开关爆炸。真空度在线监测装置的诞生彻底释放了运行检修人员的精神压力。
2.1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的电位较高，最高可接近电源电压的峰值，且比较稳定；断路器真空度的金属导杆和触头与屏蔽罩之间相当于一个电容器，断路器真空度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，并使断路器真空度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，通过外加特定的微波信号穿透VCB，收集反馈信号的变化，可以较好地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的存在，就可以反映内部气体压力的变化。
由安装在断路器真空度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，通过信号输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。由于断路器真空度中的反馈信号和周边的电场与断路器真空度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，在硬件的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。
真空灭弧室结构如图1所示。
图: 灭弧室内部构造示意图
图1 真空灭弧室结构图
2.2理论基础
1. 帕邢法则
也可以称为放电电压的相似法则，帕邢(Louis C.H.F.Paschen，德国实验物理学家，波恩大学、蒂宾根大学教授，是放电光谱学世界范围内的权威科学家)首次在实验中明确:“某气体在均匀电场中的放电电压为此气体的压力和间隙距离乘积的函数”，即
其物理意义为：在两个平行平板电极上加直流电压后，在电极间形成均匀电场，如果气体成分和电极材料一定，气体恒温，冷电极条件下，击穿气体U是压力和间隙距离乘积的函数。帕邢曲线如图2所示。
图2 帕邢曲线
2. 断路器真空度电压等级和开始放电气体压力之间的关系
真空灭弧室(VI)根据适用的电压等级不同，构造也不一样，因此间隙距离也不相同。
根据帕邢法则，比较用于电压72kV的VCB（大型VCB）和用于电压12kV的VCB（小型VCB），用横轴来表示压力，间隙距离不同，放电电压与气体压力关系如图2所示。
放电电压因能破坏电极间气体的绝缘，因此会影响断路器真空度的断路性能，对断路器真空度能否使用具有决定性的意义。
真空状态恶化，对断路器断路性能产生影响的压力，就是“帕邢曲线开始下降，通过运行电压开始放电的压力”。
图3 电压等级和开始放电压力的关系
从图3可以看到，对于不同电压等级的断路器真空度，真空度恶化到10-2Pa～5Pa程度即开始产生亚真空态的电离现象，外加一定特征的微波信号时，就会产生特殊的反馈信号。YJ-VM-100断路器真空度在线监测装置基于以上原理，在预放电初始阶段（亚真空态），通过反馈信号的捕捉，反映内部真空度的变化，此装置适用于各种高中低电压等级的断路器真空度的真空度在线监测。
2.3 抗干扰措施
电力系统的运行环境是一种异常复杂的电磁环境，尤其是在高压开关柜中表现的更为严酷。它包括了磁场、电场、电弧干扰及电火花干扰。在硬件上，我们要设计合适频谱范围的带通滤波回路滤除噪声干扰，在软件上也必须采取相应的抗干扰回避措施。
由于运行中断路器发生真空泄露时通常是一个较缓慢的过程，其反馈产生的特殊信号和其它干扰信号相比有次数频繁，持续时间长的特点，在软件上，我们以模糊数学理论和小波变换理论为基础，结合以下两点特征来判断是否为真正的真空泄露时的特殊反馈信号：
1. 判断是否在外加信号的一个时间周期产生了反馈信号。根据随机抽样理论，设备自身随机控制产生外加信号的时间点和频谱脉宽，使反馈信号变成随时检测又可以控制抽取的判断依据，完全排除了现场干扰可能导致的信号重叠。
2. 此特定频谱上的反馈信号是否可以在一定时限内不间断出现。
通过基于此的硬件和软件上的结合处理，YJ-VM-100型断路器真空度在线监测装置有效地解决了在复杂环境下对灭弧室内真空度的正确判断。
3、产品特点及功能
1）实时在线监测功能
采用全球最新科技非接触式微波传感技术，使用电极式天线传感器发出检测信号，并捕捉断路器真空度正常运行状态下真空度异常时的特殊反馈信号，无须停电维护，真正意义上实现了VCB在线监测功能。
2） 技术先进，性能稳定
本产品从硬件上采用精密电阻，NPO级电容及高带宽、高速的运算放大器来构成隔离、带通滤波、放大回路，有效滤除各种杂波；借助高速神经元网络技术和小波变换技术，从大量纷繁复杂的数据中精确提取有效数据。通过硬件和软件的有效配合，成功避开了磁场、电场、电弧等各种干扰信号。
3）简单可靠，维护方便
不需维护，具有运行中自检和随机的手动自检功能。
装置自身集成了多种抗干扰器件，自身可靠性极高，寿命长达十年以上。
4）价格低廉，性价比高
装置采用了世界最新高集成度芯片，有效降低了造价，设备得以大范围普及。由定期检修变为状态检修，将大大减少VCB停电检修的时间和次数，带来直接的经济效益。和目前市场上普遍采用的断路器真空度停电离线检测设备相比，成本低廉。
5） 体积小巧，安装简便
便于安装于开关柜中。装置不受电压等级及安装环境的影响。
微波传感器和VCB采用非接触式安装，无须改变运行VCB已有状况，既适用于运行中VCB加装在线监测功能。
4、部件说明
4.1 传感器参数
传感器的外形及安装尺寸如下图所示：
表格 1 传感器技术参数
| 接头类型 | 4P插拔端子 |
| 固定方式 | 螺丝固定安装或导轨式安装 |
| 产品尺寸 | 长*宽90*54mm，厚度32mm |
| 标配线长 | 从主机到传感器标配5米，一般采用RVVP 2*0.5 |
4.2 主机参数
监测主机是一款集局放监测器工作状态的监测、实时值显示，报警提示和输出，事件记录及数据记录于一体的监测仪。
| 主要功能 | 功能介绍 | |
| 基本功能 |
接收数据 | 接收局放监测器上传的局放频次和幅值等信息 |
| 显示数据 | 显示接收到的数据，显示效果更直观，适用多种应用场合 | |
| 时钟显示 | 实时时钟显示，并作为事件记录的时间基准 | |
| 参数设置 | 所有参数灵活可设，操作方便，掉电数据不丢失 | |
| 报警输出 | 当有报警事件发生时，继电器干接点信号输出。 | |
| 报警记录 | 记录曾发生过报警 | |
主机安装在仪表门上，采用嵌入式安装。监测主机如下图：
信号灯说明：
- 运行：正常运行指示灯，闪烁频率1Hz;
- 预计：超过预警值红色灯亮；
- 报警：超过报警值红色灯亮；
- 通讯：当收到正确报文并返回报文时闪烁；
接线端子图
端子定义说明：
| 定义功能 | 说明 | |
| 1~3 | 工作电源输入 | AC/DC 110`220V |
| 4~5 | 故障报警 | 无源常开 |
| 6~7 | 故障预警 | 无源常开 |
| 8~9 | 失电报警 | 无源常闭 |
| 10~11 | 传感器信号 | 红线接+，棕线接- |
| 12~13 | RS485通讯接口 | RS485G通讯地 |
4.3主机尺寸
主控单元采用嵌入式安装于屏(柜)上。插紧后插上卡扣拧紧螺丝。机箱安装开孔尺寸图如下:
前面板尺寸为160*130mm，深度60mm
监测主机技术参数
| 拓展数量 | 管理传感器数量 | ≤1只 |
通讯参数 |
通讯方式 | RS485 |
| 通讯规约 | Modbus规约 | |
| 波特率 | 1200、2400、4800、9600 bps 可选 | |
| 继电器干接点参数 | AC220V/10A（无源）、2路常开1路常闭 | |
| 工作电压 | AC/DC 110～220V | |
| 整机功耗 | ≤5VA | |
| 工作温度 | -25℃~+55℃ | |
| 工作湿度 | ≤90%RH,不结露，无腐蚀 | |
| 海拔 | ≤2500米 | |
| 绝缘电阻 | ≥100MΩ(温度在10~30℃,相对湿度小于80%) | |
| 安装方式 | 嵌入式安装，配卡扣 | |
机械特性
简介
随着智能电网的快速发展，变电站自动化技术取得了很大进步，但 在反映电气设备健康状况的状态监测方面还有所欠缺，不能做到真正意 义上的无人值守。变电站中断路器是机械和电气动作频繁的设备，运行 过程中易发生故障，易引起电网事故，从而造成较大的经济损失。因此， 断路器的在线状态监测技术是实现变电站无人值守的关键的技术。本公 司的高压断路器在线状态监测产品正是以此为背景，采用先进的通讯、 微处理器、传感器、数据库管理等技术对运行中断路器的机械特性、温 度等进行长期连续监视，实时在线监测断路器的运行状态，通过提取断 路器机械运动参数，建立标准的断路器监测模型和完整的专家诊断系统， 对采集到的数据进行分析诊断，对每一个波形数据提供完美的评价体系 等。
机械特性监测装置是我公司专为各类10KV断路器配套生产的检测
模块，主要用于在线检测高压断路器的机械动作性能，能够实时了解断 路器的机械性能，当发生异常时，能够及时报警，提醒维护，减少因断 路器自身故障而引起的意外损失，保证断路器的使用寿命。
其主要优点：
l 不影响、不改变断路器本身结构、接线及特性。
l 满足各种常规三相断路器、铁路牵引单相断路器、地铁直流断路器等
各种形式的监测要求。
l 液晶显示屏显示断路器的运行状态及健康状况，实时获取断路器参数。
l 可通过有线或无线集中显示（选配），满足了新建项目和改造项目的
不同需求。
l 对断路器分合闸线圈及储能线圈进行实时监测，线圈电流异常时进行 报警，装置采用穿芯式霍尔传感器采集电流信号，不影响断路器原有 操作，提高供电可靠性。
l 对断路器位移实时监测，装置采用非接触式传感器，便于安装，不影
响断路器原有操作，提高供电可靠性。
l 带标准的RS485及物联网无线通信接口，也可扩展为IEC61850规约，符
合泛在电力物联网的建设标准。
二、系统主要性能指标
装置采用基于 ARM内核的嵌入式工业控制 CPU，实时采集断路器的电 流信号，经过信号放大，滤波，A/D转换等一系列过程，将采集信息送给 处理器分析诊断，之后将断路器的状态信息在液晶屏上显示出来，同时设 备具有远传功能。
2.1系统硬件示意图
2.3主要技术指标
★记录当前分合闸状态及分合闸次数。
★储能时间、储能电机电流峰值（最大）值 ★分闸、合闸时间(相对于辅助开关)
★分闸、合闸线圈峰值（最大）电流值 ★分闸、合闸线圈断线检测
★分闸、合闸速度（需设定初始超程） ★一相一次电流有效值显示
★测量分闸、合闸线圈电流曲线 (测量范围 0-10A，测量精度±5%)， 同步测量一相一次电流曲线（0-5A，测量精度±5%）
★测量储能电机电流曲线； (测量范围 0-10A，测量精度±5%)
★实时时钟显示，测量数据带有实时时间表戳 ★有线 485 上传接口和无线 LORA 接口可选
★1.29 寸 128*64 OLED 显示屏，5 个轻触按键
★工作电压：宽范围电源，AC(85V-220V)，DC(110V/220V)；本机功 耗： ≤ 3W
★工作环境温度：-10℃~70℃; 相对湿度：5%～70%RH ★EMC 电磁兼容试验等级：IV 级
三、硬件及说明
3.1端子说明
3.2传感器说明
3.2.1 采集数据传感器
霍尔传感器
端子定义如下：
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 红色线 | 黄色线 | 黑色线 | 白色线 |
| V+ | （VI）信号输出 | G | 悬空 |
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