【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于监测领域，尤其涉及一种用于检测真空断路器真空灭弧室真空度的在线监测装置及其监测方法
技术介绍
1、电力开关设备(通常指各种类型的断路器)的检修是整个电力系统管理工作的重要组成部分，对整个电力系统安全、可靠运行起着重要作用。
2、电力设备的检修方式主要有停电检测和在线监测。
3、停电检测需要将设备退出运行，然后根据设备的使用情况进行检修，此种方式在没有冗余设备设置的情况下会给用户带来长时间的停电，而且在电力设备退出运行过程中可能给设备带来进一步的损伤。
4、在线监测作为现阶段电力部门主要推行的检修方式，其在设备正常运行的情况下进行检测，判断设备的运行状态，不需要停电，减少了用户的经济损失，同时也避免了电力设备通断过程中带来的额外损坏。
5、真空断路器作为一种环保型的电力开关设备广泛存在于整个电力系统，特别是在中低压领域。其中的真空灭弧室(简称灭弧室或真空泡)作为真空断路器的核心部分，其在使用过程中，担负着开断正常负荷电流和短路电流的责任。
6、在实际工作中发现，真空断路器的故障不仅仅会发生在其机械结构部分，真空灭弧室故障也是断路器主要的故障点。
7、在断路器投入运行(简称“投运”)期间，由于操作过电压和灭弧室真空度降低等因素，导致在断路器分闸的断口分合过程中不能及时、正常灭弧造成烧毁事故。
8、有研究提出并研究发现，断路器在微弱泄露的情况下，真空断路器会发生局部放电并辐射高频电磁波，提出利用天线检测局部放电信号，间接研究灭弧室内真空度
9、也有研究根据灭弧室真空度与其他特征参量动态关系，提出利用屏蔽罩电位法和基于潘宁放电的真空度在线监测方法，该种方法需要按照屏蔽罩，易受安装空间及电场分布要求均压条件，很难满足现场测试条件。
10、授权公告日为2017.10.20，授权公告号为cn 105575725 b的专利技术专利，公开了“一种真空开关中真空灭弧室的真空度在线监测装置及方法”，其利用基于激光诱导击穿光谱仪专利技术的装置产生激光，将产生的激光作用到真空灭弧室内屏蔽罩表面，在屏蔽罩表面处产生激光诱导等离子体，通过对等离子体的光谱测量与分析，获取灭弧室内的真空度值，从而达到真空开关中灭弧室真空度在线监测的目的。但是该技术方案需要对每个真空灭弧室进行等离子体的光谱测量与分析，需要在断路器内部的一次线路(灭弧室属真空开关中的一次线路部分)所在空间中设置一套用于激光诱导击穿光谱的激光监测、分析装置，用于定量分析真空灭弧室内部的物质成分与含量，一是配置成本和实施成本较高，二是受到安全电压、安全距离等方面的限制，不是所有的真空断路器中都有合适的位置或空间来满足激光监测、分析装置安装空间的需求(特别是一些生产日期较早的真空断路器)，同时，多数真空断路器设备的生产厂商，对于在其真空断路器中一次线路中额外设置检测装置是持反对态度的，使其适用范围受到一定的限制。
11、如何能够在保障安全、不影响现有真空断路器设备正常运行的模式下，实现对真空断路器真空灭弧室真空度的在线监测，是实际运维工作中急待解决的实际技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置及其监测方法。其利用高压断路器分合闸过程中，断路器分断瞬间真空灭弧室会产生较大电流，而根据肌肤效应电流会沿着母排导体表面流动特征，提出利用高压电容分压原理，通过采集高压电容分压电路采集输出端的小信号，进而直接获得断路器分断瞬间真空灭弧室产生较大的电流对应产生的频谱信息，根据不同真空度下断路器分断瞬间真空灭弧室产生较大的电流对应分压电容的电压频谱信息的差异，进而间接判断断路器真空灭弧室真空度情况。
2、本专利技术的技术方案是：提供一种真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是：
3、真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置包括微处理器模块、fpga模块、显示模块、通信模块、电源模块、地址模块、三相信号加法器模块、三相高速a/d采集模块、三相高通滤波模块、三相信号耦合模块、分闸状态输入信号、合闸状态输入信号；
4、其中，三相信号耦合模块输出端分别与对应相的三相高通滤波模块输入端连接；三相高通滤波模块输出端分别与对应相的三相信号加法器模块输入端连接；三相信号加法器模块输出端分别与对应相的三相高速a/d采集模块输入端连接；三相高速a/d采集模块分别与对应相的fpga模块输入端i/o口连接；fpga模块输出端与微处理器模块对应的i/o口连接；显示模块输入端与微处理器模块对应的输出端i/o口连接；通信模块输入端与微处理器模块对应通信接口连接；电源模块输出端与微处理器模块和fpga模块对应的电源接口连接；地址模块输出端与微处理器模块对应输入端i/o口连接；分闸状态输入信号、合闸状态输入信号输出端分别与微处理器模块对应的输入接口i/o口连接；
5、所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，利用高速a/d结合fpga同时采集三相断路器每个灭弧室分断瞬间，真空灭弧室产生较大的含有高频成分的电流信息；利用安装在断路器对应相母排与大地之间三相高压电容传感器获取灭弧室分合闸瞬间电流频谱；根据不同真空度下断路器分断瞬间真空灭弧室产生较大的电流对应分压电容的电压频谱信息的差异，进而间接判断断路器真空灭弧室真空度情况。
6、具体的，在绝缘母排表层放置金属片；放置于绝缘母排表层的金属片与母排之间构成第一电容c1；金属片一端与无极性电容c3一端连接，无极性电容c3的另外一端与线路板的地端连接；在线路板的地端与大地之间构成第二电容c2；此时c1、c3和c2之间相当于串联在一起，在第二电容c3两端就可以获得与母排同频电压信号，进而实现非电接触的情况下获得母排对地的电压信号。
7、具体的，所述的分闸状态输入信号、合闸状态输入信号分别采用无源接点开关闭合和开断状态来表示分闸状态输入信号命令和合闸状态输入信号命令，以减小微处理器模块采集数据量，当微处理器模块接收到分闸状态输入信号命令时才进行信号采集，同时微处理器模块接收到合闸状态输入信号命令时停止采集；反之，当微处理器模块接收到合闸状态输入信号命令时才进行信号采集，同时微处理器模块接收到分闸状态输入信号命令时停止采集，通过分析断路器分合闸转换过程中几十毫秒之间断路器三相母线上电压信号频谱特征，根据断路器真空灭弧室真空度与母排上电压信号频谱之间的关系间接判断断路器真空灭弧室真空度优劣情况。
8、进一步的，所述的微处理器模块采用stm32系列微处理器作为在线监测装置的核心，各模块连接至微处理器来实现其具体功能。
9、所述的fpga模块采用cyclone iv系列的现场可编程门阵列，控制外部高速a/d采集模块完成开合闸时的信号采集，将数据进行保存后传输给微处理器模块。
10、所述的高通滤波模块采用以太网变压器，用以去除低频电压，仅保留开合闸时的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是：
2.按照权利要求1所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是在绝缘母排表层放置金属片；放置于绝缘母排表层的金属片与母排之间构成第一电容C1；金属片一端与无极性电容C3一端连接，无极性电容C3的另外一端与线路板的地端连接；在线路板的地端与大地之间构成第二电容C2；
3.按照权利要求1所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是所述的分闸状态输入信号、合闸状态输入信号分别采用无源接点开关闭合和开断状态来表示分闸状态输入信号命令和合闸状态输入信号命令，以减小微处理器模块采集数据量，当微处理器模块接收到分闸状态输入信号命令时才进行信号采集，同时微处理器模块接收到合闸状态输入信号命令时停止采集；反之，当微处理器模块接收到合闸状态输入信号命令时才进行信号采集，同时微处理器模块接收到分闸状态输入信号命令时停止采集，通过分析断路器分合闸转换过程中几十毫秒之间断路器三相母线上电压信号频谱特征，根据断路器真空灭弧室真空度与母排上电压信号频谱之间的关系间接判断断路器真空灭弧室真空度优劣情况。>
4.按照权利要求1所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是所述的微处理器模块采用STM32系列微处理器作为在线监测装置的核心，各模块连接至微处理器来实现其具体功能。
5.按照权利要求1所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是所述的FPGA模块采用Cyclone IV系列的现场可编程门阵列，控制外部高速A/D采集模块完成开合闸时的信号采集，将数据进行保存后传输给微处理器模块。
6.按照权利要求1所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是所述的高通滤波模块采用以太网变压器，用以去除低频电压，仅保留开合闸时的高频电压信号。
7.按照权利要求1所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是所述的信号加法器模块采用电压反馈型放大器，将滤波后的电压信号抬至高速A/D采集模块可采集的电压范围内。
8.按照权利要求1所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是所述的高速A/D采集模块采用12位高速A/D转换芯片其能满足在5MSPS采样速率下采集精确的12位数据。
9.按照权利要求1所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是所述的显示模块采用3.5寸电阻触摸屏，使用USART串口与微处理器进行通信，将开合闸时的时电压的峰值，平均值与频谱图进行显示。
10.按照权利要求1所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是所述的通信模块采用RS485模块，其将微处理器的USART串口输出数据以RS485串行通信标准进行输出。
11.按照权利要求1所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是所述的通信模块采用RS485模块，其将微处理器的USART串口输出数据以RS485串行通信标准进行输出。
12.按照权利要求1所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是所述的电源模块采用220VAC转12VDC模块、12VDC装5VDC模块、3.3V稳压芯片、2.5V稳压芯片、1.2V稳压芯片、直流变换器，其转换后的电压可以给微处理器模块、FPGA模块、信号加法器模块提供工作电压。
13.一种如权利要求1所述真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置的工作流程，其特征是：
14.一种采用权利要求1所述真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置的监测方法，其特征是：
15.按照权利要求14所述真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置的监测方法，其特征是所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，通过获得与母排同频电压信号，进而实现非电接触的情况下获得母排对地的电压信号。
16.按照权利要求14所述真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置的监测方法，其特征是所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，根据肌肤效应电流会沿着母排导体表面流动的特征，利用高压电容分压原理，通过采集高压电容分压电路采集输出端的小信号，直接获得断路器分断瞬间真空灭弧室产生较大的电流对应产生的频谱信息；根据不同真空度下断路器分断瞬间真空灭弧室产生较大的电流对应分压电容的电压频谱信息的差异，进而间接判断断路器真空灭弧室真空度情况。
17.按照权利要求14所述真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置的监测方法，其特征是所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，同时采集三相断路器每个灭弧室分断瞬间，真空灭弧室产生较大的含有高频成分的电流信息，再利用安装在断路器对应相母排与...
【技术特征摘要】
1.一种真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是：
2.按照权利要求1所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是在绝缘母排表层放置金属片；放置于绝缘母排表层的金属片与母排之间构成第一电容c1；金属片一端与无极性电容c3一端连接，无极性电容c3的另外一端与线路板的地端连接；在线路板的地端与大地之间构成第二电容c2；
3.按照权利要求1所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是所述的分闸状态输入信号、合闸状态输入信号分别采用无源接点开关闭合和开断状态来表示分闸状态输入信号命令和合闸状态输入信号命令，以减小微处理器模块采集数据量，当微处理器模块接收到分闸状态输入信号命令时才进行信号采集，同时微处理器模块接收到合闸状态输入信号命令时停止采集；反之，当微处理器模块接收到合闸状态输入信号命令时才进行信号采集，同时微处理器模块接收到分闸状态输入信号命令时停止采集，通过分析断路器分合闸转换过程中几十毫秒之间断路器三相母线上电压信号频谱特征，根据断路器真空灭弧室真空度与母排上电压信号频谱之间的关系间接判断断路器真空灭弧室真空度优劣情况。
4.按照权利要求1所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是所述的微处理器模块采用stm32系列微处理器作为在线监测装置的核心，各模块连接至微处理器来实现其具体功能。
5.按照权利要求1所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是所述的fpga模块采用cyclone iv系列的现场可编程门阵列，控制外部高速a/d采集模块完成开合闸时的信号采集，将数据进行保存后传输给微处理器模块。
6.按照权利要求1所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是所述的高通滤波模块采用以太网变压器，用以去除低频电压，仅保留开合闸时的高频电压信号。
7.按照权利要求1所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是所述的信号加法器模块采用电压反馈型放大器，将滤波后的电压信号抬至高速a/d采集模块可采集的电压范围内。
8.按照权利要求1所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，其特征是所述的高速a/d采集模块采用12位高速a/d转换芯片其能满足在5msps采样速率下采集精确的12位数据。
9.按照权利要求1所述的真空断路器真空灭弧室真空度在线监测装置，...
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