摘 要 叙述了真空度监测仪的结构原理、应用前景，建立了一套有针对性的真空度校准系统，给出了实测的校准曲线，表明真空开关管真空度与放电电流有一一对应关系，最后分析了实验结果。
关键词 真空度；电网；真空开关管
中图分类号 TM507
随着我国中压开关无油化改造步伐的加快，电网上真空开关所占的比例不断提高，这是由真空开关的诸多优势所决定的。用在电网上的真空开关管，是起控制和保护作用的核心器件，一旦其真空度恶化，低于允许值而未被及时发展，会造成巨大的经济损失。所以网上真空开关管真空度的变化，是输变电行业特别关注的问题。
工频耐压法是沿用至今的大致判断网上真空开关管好坏的方法，其不足之处主要有两方面：其一，不能真正测出真空度值，因此无法知道真空度的变化趋势，也就没有预测的功能。所以为了保证供电的可靠性，只能提前更换开关管，这在经济上是一种浪费；其二，工频试验变压器体积大、笨重、操作不便，而且价格较贵，不是每个输变电单位都能配备的设备。
最近几年，国外正在研制实时在线监测系统，但费用昂贵，从经济上考虑，不符合我国国情。而且因为合格出厂的开关管真空度是渐变量(机械撞击除外)，没有必要实时在线监测。针对国内外的现状，我们研制了真空度监测仪，用于电网定期检修时监测开关管真空度，还能用单片机智能系统显示开关管剩余寿命，而且测量时对真空开关无损害，避免了最忌讳的拆卸开关(需专业人员操作，而且易扭伤波纹管)，因此测后无需调整开关整机。
图1 工作原理
1 工作原理
部标JB3855中规定：真空度低于1.33×10-2 PA的开关管不得使用。这是开关管必须更换的界限。在真空度高于1.33×10-2 PA时，根据两次测定的间隔时间真空度读数变化，可以推算开关管的剩余寿命。测试仪的工作原理如图1.开关处于分闸状态，直流高压是2 000 V,磁感应强度是0.05特斯拉。
在1.33×10-2 PA以下时的低气压状态，气体分子数很少，在两个高压电极中间，游离电子与气体分子碰撞及电离的几率更小，电流极微弱。但加磁场后，在电场、磁场的共同作用下，电子、离子受洛仑兹力F=QV×B的作用，在两电极间做螺旋运动，运动路径延长，与气体分子碰撞的几率大大增加，在两电极间可以测到放电电流。电场、磁场不变时，放电电流是由真空度唯一决定的，呈单值对应关系。放电电流经电路处理，可测出真空度。电路框图如图2.
图2 电路框图
2 校准曲线的测定
在协作单位的帮助下，我们特制了一套测定校准曲线的动态平衡系统， 如图3.密封容器是由真空开关管改制而成，更具针对性。K是针阀(可变漏气装置)，G是副准电离真空计(即经过国家计量部门的绝对真空计校准传递的电离真空计)。
图3 动态平衡系统
校准时， 使校准气体通过针阀K源源不断地流入系统内， 同时，又有气体不断地从容器内被真空泵抽走，一定时间后，系统内压强达到动态平衡。漏入的气体流量为Q PA*L/S，真空泵在系统接口处的有效抽速为S L/S，系统内各部分放气或吸气总量为±ΔQ，达到平衡时，容器中的压强为P=(Q±ΔQ)/(S)，QΔQ，所以P(Q)/(S)，即系统内压强(真空度)只由真空泵有效抽速S和针孔K的漏率Q决定。这样，只要调整针阀K的气体流量，读取副标准电离真空计的真空度值，记录监测仪测出的相应电流值，就可以得到一组实测的校准曲线。测试记录如表1，校准曲线如图4.
图4 校准曲线
表1 试验记录
真空度(PA)1×10-15×10-21×10-28×10-34×10-31×10-38×10-44×10-42×10-42×10-5电流(μA)58038080603798531.5
3 实验结果分析
在多次实测校准曲线时我们发现，在监测仪的电场强度、磁感应强度不变的条件下，电流读数只与开关管外壳直径有关，校准曲线形状基本不变。因此我们只需对不同直径的开关管给出不同的修正系数即可，而不必分别给出校准曲线。这一点对监测仪的实用性很重要。
另外，在一定范围内调整电场强度、磁感应强度，可以找出一组“最佳”校准曲线，即在1.33×10-2 PA附近电流值变化最明显。这样可以增加监测仪在判别开关管用与可用边缘处的灵敏度。
4 结束语
本监测仪的基本功能已经具备，但下一步更细致的工作还有很多，比如智能化的误差修正，在开关柜上的装卡方法等等。另外，由于篇幅所限，一些具体的设计过程还有待于后续文章中再分别讨论。
作者单位：赵智忠 信息工程系 刘惠英 华光电子管厂
王鸿印 唐毅谦 信息工程系
参考文献
1 王季梅.真空开关理论及应用.西安交通大学出版社，1986
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