真空断路器在线监测装置.pdf

1、 RS-301型 真空断路器在线监测装置 说明书 南京南电继保自动化有限公司 200611 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 2 前 言 RS-301 型真空断路器在线监测装置采用德国最新非接触式微波传感技术，灵敏可靠，真空状况尽在掌握，攻克了因真空度下降导致的开关柜爆炸这一世界性难题。 装置全面通过电力工业电力系统自动化设备质量检验自检中心的型式实验及国家电网公司自动化设备电磁兼容实验室IV级检测，其制造和质量体系完全符合ISO-9000产品质量标准。 产品使命：掌握真空，杜绝爆炸 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 3 目 录

2、1: RS-301概述4 1.1装置简介.错误！未定义书签。 1.2性能特点8 1.3外观结构9 2: 基本指标和性能规格.13 2.1 基本性能规格13 2.2 基本技术指标.错误！未定义书签。 2.1.1 电源电压.错误！未定义书签。 2.1.2 继电器动作时间错误！未定义书签。 2.2.3 信号开出触点性能错误！未定义书签。 2.1.4 机械性能.错误！未定义书签。 2.1.5 绝缘性能.错误！未定义书签。 2.1.6 冲击电压.错误！未定义书签。 2.1.7 寿命.错误！未定义书签。 2.1.8 环境条件.错误！未定义书签。 2.1.9 抗干扰能力.错误！未定义书签。 3: 安装与调试

3、16 3.1 产品安装.16 3.2 产品调试错误！未定义书签。 4: 附件资料17 5: 订货需知.错误！未定义书签。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 4 1:概述 产品用途： 真空断路器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，囿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，真空断路器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

4、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真空断路器（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。 装置检测流程： 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； 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

5、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，通过外加特定的微波型号穿透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， PDF 文件使用 “

6、pdfFactory Pro“ 试用版本创建 5 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

7、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。 图: 灭弧室内部构造示意图 理论基础： 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，在放电光谱学上进行了重要的研究，是世界范围内权威科学家)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p和间隙距离d乘积的函数”， PDF 文件使用 “pdfFactor

8、y Pro“ 试用版本创建 6 用公式表示的话，是 (pd) ， 即，某气体在均匀电场中的放电电压，通过改变压力、间隙距离来求取，用图来表示，横轴上取pd，如图1所示，为1条曲线。 图1 帕邢曲线 小型VI的情况下 (适用电压：低) 大型VI情况下 (适用电压：高) 放电电压 压力间隙距离 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 炣 7 真空断路器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

9、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，因此会影响真空断路器的断路性能，对真空断路器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 电压等级和开始放电压力的关系 从上图可以看到，对于不同电压等级的真空断路器，真空度恶化到10-2Pa5Pa 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用于72kV电压的大型VI (间隙距离：40-60mm) 运行电压72/3kV 运行电压12/3kV 约1Pa 约510Pa 放电电压 压力p

10、 开始下降10-2Pa程度 用于12kV电压的小型VI (间隙距离： 5-10mm ) PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 炣 8 信号。RS-301真空断路器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真空断路器的真空度在线监测。 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

11、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的反馈信号。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，RS-301型真空断路器在线监测装置有效地解决了在复杂环境下的正确判断。

12、 1.2性能特点 24小时在线监测功能 国内VCB在线监测技术多停留在概念研究阶段，市场少见成熟产品出现。本产品通过和德国科学家紧密合作，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，并捕捉真空断路器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。 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；采用极小功率的微波发射芯片，实现高可靠的微波信号发射；采用高速24位AD实现高分辨率采样；采用高速大规模浮点DSP芯片保证运算的快速性和稳定性

13、。软件采用VC+语言编程，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。 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快速瞬变、抗雷击等抗干扰器件，自身可靠性极高，寿命长达十年以上。 价格低廉，性价比高 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 9 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真空断路器

14、停电离线检测设备相比，成本低廉，成为真空断路器的保护神。 体积小巧，安装简便 本产品尺寸为长150mm 宽 110mm 高60mm，重量仅为0.6公斤，体积小巧，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。 微波天线传感器和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,也适用和真空断路器或开关柜生产厂家配合，自带在线监测功能一体出售。 1.3外观结构 图1：装置正视图 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 10 本装置正面有以下显示灯和操作按钮。 显示灯 “电源”灯亮时（绿色） ；显示装置通电。 “告警”灯亮时（

15、红色） ；表示被测VCB真空度异常。 （自检正常结束时告警灯也亮。） “自检”灯亮时（黄色） ；表示手动自检中。 操作按钮 按下“自检” 按钮 ； 装置自产一闭环信号，模拟真空度下降状态，装置进行综合判断处理，告警、自检灯应点亮，报警接点应闭合，自检接点打开。 “复位” 按钮 ； 取消“告警”显示灯和外部接点输出。 四档调节开关（客户使用时无需调整，出厂调校完成） 图2：装置侧视图 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 11 本装置侧面有A、B、C三相BNC端子和接线端子： BNC端子：VCB真空泄漏时的放电信号通过天线传感器和屏蔽电缆输入到装置的A、B、C三相BN

16、C端子进行采集处理，其三相BNC端子分别对应一台断路器的A、B、C三相。 接线端子：本装置的辅助电源输入和告警信号继电器接点输出。 接线端子 1 DO1 2 DO2 3 DO3 4 DO4 5 DO5 6 PS1 7 PS2 8 EGND DO1：自检故障输出 DO2：接点公共端 DO3：报警接点输出 DO4、DO5：装置失电告警 PS1：电源输入+ PS2：电源输入 EGND：外部接地公共端，和装置机壳相连。 3：告警信号输出示意图 其中自检继电器接点为常闭接点，当装置自检时，自检继电器动作，接点打开。可使用此输出以硬接点方式接入监控系统用于远程监控，以检测遥信量在后台系统的显示。 PDF

17、文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 炣 12 图4：端子结构示意图 POWER PS1 PS2 传感器 电源输入 告警 输出端子 DO1 DO2 DO3 RS-301装置 EGND 接地点 BNC输入 DO4 DO5 装置 失电告警 A B C PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 炣 13 2: 基本指标和性能规格 2.1 基本性能规格 表1 1 灵敏度 面板灵敏度转换开关,可在外部进行切换,精度0.01PA 2 功耗 小于1W 3 信号检测 非接触式微波传感 4 动作判断基准 超出检测基准的信号持续一定时间，即判定为真空度异常，装置发出告警

18、信号，闭合信号输出的接点，同时装置正面 “告警”灯亮。 5 外部信号输出 信号输出： 装置故障及手动检测输出 真空异常告警输出 装置失电告警输出 接点输出由继电器自保持，通过复归信号打开 6 装置动作 “告警”显示灯：红色 7 装置复归 按下装置正面的“复位”按钮，外部信号输出接点打开，同时装置正面的 “告警”显示灯灭。 8 手动自检功能 带有手动自检功能，对装置进行完整回路的自检。按下装置正面的“自检”按钮开始自检。自检的试验信号由装置闭环自产，从输入部分叠加，效果和输入检测信号相同。 检测中 “自检”(黄色)灯亮、动作正常的话30秒后 “告警” (红色)灯亮。告警接点输出。 按下 “复位”

19、按钮，回到自检开始以前的状态。 9 实时自检功能 装置实时对信号发生回路、信号反馈回路、AD 采样、开出等重要回路进行自检等，不对继电器检查。 10 装置失电告警 装置电源消失时，装置DO4、 DO5接点闭合。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 14 2.2 基本技术指标 2.2.1 电源电压 交直流两用，额定 变动范围: ( ) ( ) 电源电压瞬断：最大200ms电源电压瞬断时无误动 2.2.2 继电器动作时间 继电器的典型动作时间：5ms 2.2.3 信号开出触点性能 长期允许闭合电流：5 A 切断电流：0.3 A(DC 220 V，=5 ms条件下) 2

20、.2.4 机械性能 工作条件：能承受严酷等级为I级的振动响应，冲击响应检验； 运输条件：能承受严酷等级为I级的振动耐久，冲击及碰撞检验。 2.2.5 绝缘性能 绝缘电阻：装置所有电路与外壳之间的绝缘电阻在标准实验条件下，不小于100 M； 介质强度：装置的额定绝缘电压小于60 V的电路与外壳的介质强度能耐受交流50 Hz，电压 500 V(有效值)，历时1 min试验,其它电路与外壳的介质强度能耐受交流50 Hz，电压2 kV(有效值)，历时1 min试验，而无绝缘击穿或闪络现象。 2.2.6 冲击电压 装置的导电部分对外露的非导电金属部分外壳之间，在规定的试验大气条件下，能耐受幅值为5kV的

21、标准雷电波短时冲击检验。 2.2.7 寿命 电寿命：装置输出触点电路在电压不超过250 V，电流不超过0.5 A，时间常数为5ms0.75 msPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 15 的负荷条件下，产品能可靠动作及返回1000次； 机械寿命：装置输出触点不接负荷，能可靠动作和返回10000次。 2.2.8 环境条件 环境温度： 工作：-1055，24h内平均温度不超过35。 贮存：-25+70在极限值下不施加激励量，装置不出现不可逆变化，温度恢复后，装置应能正常工作。 大气压力：80 kPa 110kPa。 相对湿度：最湿月的月平均最大相对湿度为90%，同时该月

22、的月平均最低温度为25且表面无凝露。最高温度为40时，平均最大相对湿度不超过50%。 2.2.9 抗干扰能力 （a）辐射电磁场干扰试验：能承受 GB/T 14598.9-2002规定的严酷等级的辐射电磁场干扰试验。 （b）快速瞬变干扰试验：能承受GB/T 14598.10-1996规定的严酷等级为IV级的快速瞬变干扰试验。 （c）脉冲群干扰试验：能承受GB/T 14598.13-1998规定的频率为1 MHz及100 kHz衰减振荡波（第一个半波为电压幅值共模为2.5 kV，差模为1 kV）脉冲群干扰。 （d）抗静电放电干扰试验：能承受GB/T 14598.14-1998规定的严酷等级为III

23、级的抗静电放电干扰试验。 （e）工频磁场抗扰度试验：能承受GB/T 17626.8-1998中规定的严酷等级为级的工频磁场抗扰度试验。 （f）脉冲磁场抗扰度试验：能承受GB/T 17626.9-1998中规定的严酷等级为级的脉冲磁场抗扰度试验。 （g）浪涌抗扰度试验：能承受 IEC 60253-22-5:2002 中规定的严酷等级为级的浪涌抗扰度试验。 （h）射频场感应的传导骚扰抗扰度试验：能承受 IEC 60253-22-6:2001中规定的严酷等级的传导骚扰抗扰度试验。 （i）工频干扰试验：三相BNC头输入回路能承受IEC 60253-22-7:2003规定的的严酷等级的工频干扰试验。 （

24、j）阻尼振荡磁场抗扰度试验：符合GB/T 17626.10-1998中规定的严酷等级为级的阻尼振荡磁场抗扰度试验。 （k）电磁发射试验：符合GB/T 14598.16-2002中规定的辐射发射限值。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 16 警报输出 （失电及装置故障可选接） 3: 安装与调试 3.1 产品安装 图5：安装原理示意图 图6 天线和VEM-12A真空断路器组合安装示意图 （天线安装应处于断路器绝缘安全距离以外） V B C 天线传感器 屏蔽电缆 RS-301装置 控制电源 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 炣 17 3

25、.2 产品调试 装置现场调试： 本装置自检信号直接从装置输入部分叠加，效果和输入检测信号相同。 1装置接地端子必须可靠接地。 2装置上电，面板“电源”绿灯亮，“告警” 红灯和“测试” 黄灯灭，装置显示运行正常。 3按下 “自检”测试按键，装置面板“测试” 黄灯亮，30秒后“告警” 红灯亮，告警信号继电器和自检继电器动作，信号输出DO1和DO3导通，DO2和DO3不通，说明装置回路工作正常，按下“复位” 按键使装置复归。 4.在未上电时DO4和DO5导通，上电后打开。 以上步骤通过说明装置功能正常，可以投入运行使用。 4. 附件资料 本产品供货后应包括以下附件： 1. 附件清单一份 2. A、B

26、、C三相天线传感器各一个，固定螺丝一包。 3. A、B、C三相一头带BNC头的屏蔽电缆各一根，长度若干。 4. 产品说明书一份 5. 产品合格证一份 5. 订货需知 用户应在订货合同中注明应用的真空断路器型号及电压等级。 本装置出厂时均按合同电压等级设置好相应灵敏度出厂，用户无须自行设置或维护。 6. 维护说明 装置投入运行前应参照调试方法检测产品工作正常后方允许投入运行，当线路处于停电状态时应及时再次参照调试方法检测装置是否工作正常。运行中日常检测可去掉装置告警信号，参照调试方法做手动自检即可。如出现以下故障现象, 请联系生产厂家处理。 1. 上电后装置面板指示灯显示异常。 2. “自检” 按钮按下装置 非30秒动作。 3. “自检”动作后告警接点动作异常。 产品在出厂前，经过了完整而严格的调试，在使用时，装置自身带有完整的自检功能，无需特殊的调试。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建