摘要：真空断路器广泛用于高压环境下，运用的目的是可以有效控制和保护用电设备，以科学的在线检测系统，实时掌握线路及用电设备的运行状况，并通过采用特高频方法测量不同真空度下局部放电信号，由此得到不同压强下局部放电频图，为在线检测系统的顺利运行提供有效参考。本文主要针对高压真空断路器真空度在线检测系统的设计任务作出具体分析。
关键词：高压；真空断路器；真空度；在线检测系统；设计
前言
在线检测系统主要依赖于传感器信号，通过借助高压数字滤波器分离传感器信号，同时快速检测相应的高频信号和工频信号，综合分析线路运行状态，减少周围电磁环境对高压用电设备的影响。工作人员采用编程语言来采集处理系统信息，保证了工作信息的实时传递，屏幕显示检测系统数据，并通过相应指令，将高压用电信息发送至控制中心，保证系统参数校准的及时性，强化硬件系统及软件系统设计，明确在线检测系统设计要求，通过采取一定措施，提高用电设备运行的可靠性和安全性，防止事故发生。
1.真空度与局部放电的关系
根据系统控制要求，将相应的装置连接起来，借助真空控制系统，让高压真空断路器真空度达到标准要求。将真空断路器的电压增加至额定电压，此时不会产生局部放电。对于真空断路器两端施加的电压，需及时控制真空压强，对于气体间隙过小的情况，及时作出分析，针对间歇性放电的现象，科学分析其周期性规律，便于有效掌握放电波形[1]。当气体压强增加到一定程度后，电离次数会增加，此时局部放电的次数和强度也相应增加，严重时还会引发气体间隙击穿的情况。气体电离的能量主要取决于空间电场产生的动能量，而随着局部放电现象的逐步减弱，电压波峰期的局部放电现象微弱，继而慢慢消失。
2.高压真空断路器真空度在线检测系统
2.1系统检测原理
高压真空断路器真空度在线检测系统采用的是耦合电容法原理，对真空度在线检测的方法有很多种，其中效果最突出的依然是耦合电容法检测。高压带电情况下，真空断路器在运行环节，中间的动静触头的工作电压很大，并在蔽罩上方存在一定的感应电压，此时，一旦室内气体发生泄露，蔽罩上方的电压感应情况就会发生变化，因室内气体变化引起蔽罩上方带电情况的改变，实践中得知：蔽罩上方带电情况与室内气体的压强有一定联系[2]。真空断路器的动静触头、中间蔽罩与探头之间形成电容，等效电容存在传感器内部，因此采取测量耦合电容的方法就可以判断电容分压大小，依据两端电压大小得出真空度的大小。
2.2硬件系统设计
2.2.1总体设计
工作人员依据高压真空断路器真空度在线检测原理分析电容的分压情况，根据信号采集系统，及时得出电容两端电压信号值，利用滤波电路、模数转换等设备将系统采集信号发送到中央处理器，利用中央处理器显示相应数据，以此来判断是否进行报警。认真做好准备工作，加强硬件系统设计创新，依据在线检测系统及时设计有关的测量、输出、预警系统、硬件框架等部分，有效的完成系统设计的整体框架。下图所示为高压真空断路器。
图1为高压真空断路器
2.2.2滤波器设计
真空断路器工作环境较为复杂，需要承受较大的高压、高温等环境温度，如果采用普通的滤波器，不仅增加设计工作量，还导致参数设置复杂，更重要的是影响滤波器特性，因此从实际出发，利用自身优越的资源，设计了数字滤波，设计FIR滤波器，便于快速、准确的提取信号，这种滤波器的主要特点是占用空间少、构造简单、运算速度快，因计算精度高，同时价格低廉，因此目前已经在高压真空断路器真空度在线检测系统设计中广泛运用。设计数字滤波器可以实现在线检测功能，由于得到准确的高频信号和工频信号，保证在线检测的准确度足够高，工作人员依据工频信号和高次谐波信号设计数字滤波器的抗干扰值，将低于工作要求的工频信号及时滤除掉，并快速还原基本信号，保证信号数据分析及处理的及时性[3]。
2.2.3信号采集系统设计
人员在实际工作中发现，由于先前采集到的信号微弱，为提高采集系统设计的有效性，需要对其进行放大处理，放大后再进行后续工作。利用放大电路将采集到的电路信号放大，提高输入阻抗，保证输入阻抗与实际情况相符，比如利用OP-07放大器放大信号，电源供电，使得输出信号稳定，从而有效的放大信号倍数，更好的提高电路信号性能。线路运行中，传感器受到谐波影响，最终得到的信号为高频谐波信号，所以要及时将放大后的信号作有效的滤波处理，借助OP-07放大器设计小型滤波器，使其发挥出很好的滤波效果。
2.2.4供电电路设计
人员设计了两个集成稳压器，分别为LM7805、LM7812，并且使用两个滤波电容，其目的是，快速消除供电电源对整个系统的干扰。为进一步提高硬件系统的抗压系数，根据实际情况，适当增加滤波电容，防止电源间互相干扰，同时对模拟电路和数字电路供电，有效提升了系统的抗压能力[4]。设计供电电路的环节，人员及时在输出电路的两端分别加入稳压电源，稳定的为系统供电，提高高压供电设备运行的可靠性。
2.2.5在线检测系统设计要求
高压条件下的在线检测，需要及时制定有效的真空断路器真空度检测方案，以现代技术为指导，更好的发挥出在线检测技术的优势，要在不改变真空断路器主体结构及带电运行的前提下，实时检测其真空度，因此这对相应的在线检测系统提出严格的技术要求。要求在线检测设备可以承受强电场、高压、强振动、高温冲击等的环境温度，机械寿命足够长，其绝缘水平高，在线检测整个过程中，不会对真空断路器的各种指标，可以在任何时间、任何场合展开在线检测，具有耐受操作过电压、电磁场等磁场的抗干扰性能。检测设备体积小，通过采用旋转式探头、光电转换法、耦合电容法、局部放电法等多种方法完成相应的检测任务，采取智能化真空开关，实现在线检测。下图为高压真空断路器的安装现场。
图2为高压真空断路器安装现场
2.2.6最小系统设计
处理器工作中需要最小系统支持，因此高度重视最小系统设计工作，将中央处理器、晶振电路、复位电路这几个部分组合起来，形成一个系统化的最小系统，更好的服务于中央处理器。引脚外接晶振芯片、谐振电容，以这种方式，帮助复位电路重启电路，使得系统处于初始状态，在通常的最小系统设计中，采用开关复位、上电复位等措施，展开复位工作，待硬件系统对电容器充电后，及时获得相应的高电平，保证单片机复位操作的及时性。测试环节，工作人员按下启动键，电源端接通高电平，同时单片机复位，采取简单的设计，便于操作，避免操作流程复杂，更重要的是避免误操作。
2.3软件系统设计
为提高系统控制的有效性，软件系统的设计环节，相应人员首先考虑控制系统的主要功能，便于进一步完善控制系统的软件功能，借助网络平台和C语言，科学的设计软件程序，采取模块化的软件系统设计，有效完成各个子模块的调试任务。比如程序调试中，主要设计了这几个模块：初始化模块，自检模块，显示模块，信号采集模块，处理模块，预警模块，其中的初始化模块主要是对硬件芯片和软件变量进行初始化设置，系统通电后，自检模块进行自检，以此判断当前环境下，系统是否可以正常运行，并对周围的干扰因素进行分析，信号采集模块就是用来采集电路信号，然后将这些信号交由处理模块，对于采样中得到的数据，需科学的计算出正常数值及相应参数，预警模块不仅有报警作用，还具有预警功能，通常用来区分真空度是否良好。
3.结束语
本文首先分析真空度与局部放电的关系：将相应的装置连接起来，分析间歇性放电现象的周期规律，局部放电现象逐步微弱直到消失，接下来重点分析真空断路器真空度在线监测系统的设计过程，在此环节认真做好设计前的准备工作，加强系统设计思路创新，主要介绍系统检测原理、硬件系统设计及软件系统设计，硬件系统设计中，还涉及到总体设计、滤波器设计、信号采集系统设计、供电电路设计、最小系统设计等有关内容，同时明确在线检测系统的技术要求。实践中得知，在线检测系统设计中，硬件系统和软件系统设计是整个设计工作的重心，要想进一步提高报警系统的及时性，需设计相应的预警模块，实现异常情况提醒，完善控制系统功能。
参考文献：
[1]孙熠，张阔，仇英辉.基于AVR真空断路器灭弧室真空度在线监测装置[J].电工电能新技术，2014，33（2）：76-80.
[2]刘建华，姜颖先，刘鹏飞，等.基于潘宁放电的真空断路器真空度在线监测方法研究[J].真空科学与技术学报，2017，37（2）：225-230.
[3]彭跃辉，岳雪亭.基于脉冲放电检测原理的真空断路器真空度在线监测技术研究[J].自动化技术与应用，2017，36（11）：59-63.
[4]原晓楠，何文林.高压真空断路器真空度在线检测系统研究[J].电工电气，2018（6）：24-24.
论文作者:甄坚鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/11
标签：在线论文; 信号论文; 高压论文; 系统论文; 真空断路器论文; 真空度论文; 检测系统论文; 《基层建设》2019年第2期论文;