真空开关真空度在线监测研究

摘要

真空开关在电力系统和其他领域都获得了日益广泛的应用。真空开关的真空度是保证其操作性能的重要条件，实现真空开关真空度的在线监测是真空开关智能化的重要内容。但是目前提出的几种真空开关真空度在线监测技术还不能满足实际应用的需要。在真空测量技术中，冷阴极反磁控放电真空规的脉冲放电测量模式从理论上说虽然具有很多优点，但是因其测量压强的下限不易拓展而使其研究和应用受到限制，目前还没有见到有关的研究文献。 本论文对反磁控冷阴极电离真空规的物理基础—高真空环境中的交叉电磁场放电的有关理论进行了研究，并根据气体放电的蒙特卡罗计算机模拟原理设计了在高真空条件下对这一放电现象在反磁控管结构中的计算机模拟算法，编制了模拟程序，对放电的一些基本过程进行了模拟研究。 根据上述有关的研究结果设计了一种实用结构的二极型反磁控真空规和一种智能可调脉冲高压发生及测量装置。并研究了此种真空规的直流放电测量模式和脉冲放电测量模式的不同特点；脉冲操作模式下恒流放电及恒压放电的测量方法；放电在不同压强下的伏安特性；反磁控管放电空间的有效长度对放电电流的影响；磁感应强度的变化对放电过程的影响等问题。根据在高压脉冲作用期间反磁控冷阴极放电电流的变化情况，设计了一种测量方法，能够显著减小冷阴极放电的泵效应对真空度测量的影响。提出了一种前导脉冲放电法，能够显著缩短低压强下放电的点火时间，从而有效拓展脉冲模式下的测量压强下限。实验表明此种实用结构的反磁控冷阴极真空规的脉冲放电模式可以具有3×10<'-4>Pa至0.5 Pa的真空度测量范围，已经完全能够满足真空开关真空度在线监测的需要。 基于上述实验及研究结果，论文设计了一种带有智能真空度传感器的真空灭弧室，其中真空度传感器的放电部分是一个工作于脉冲放电测量模式的实用二极型反磁控放电规管，规管放电所需要的高压脉冲电源由高性能一次电池(锂亚硫酰氯电池)经DC/DC升压电路变换得到；放电的发生及真空度的测量由一个单片微处理器控制，测量结果可以通过无线或红外等非接触方式传送至外部接收装置。该真空度传感器是一个独立的运行单元，不仅对真空开关的正常操作没有任何影响，而且与真空灭弧室的具体运行参数无关，因此可适用于各电压等级的真空灭弧室。真空度传感器的电路部分工作于低功耗状态，一次更换电池就可以使其具有将近十年的运行寿命。采用上述真空灭弧室，就可以使真空开关真空度的在线监测达到实用化，对于提高真空开关的智能化程度具有重要实际意义。

目录

文摘

英文文摘

致谢

序

1绪论

1.1 引言

1.1.1真空度对真空开关工作特性的影响

1.1.2真空灭弧室真空度的变化与真空寿命

1.2真空灭弧室真空度离线测试和测量方法简介

1.2.1真空度测量技术简介

1.2.2真空灭弧室真空度的离线测试和测量方法

1.3真空开关真空度在线监测方法研究现状

1.3.1基于旋转式电场探头的屏蔽罩电位法

1.3.2光电变换法

1.3.3耦合电容法

1.3.4冷阴极磁控放电法

1.4本论文采用的方法、目的及主要工作

1.4.1本论文采取的方法和论文的目标

1.4.2论文主要工作

2反磁控冷阴极电离真空规的理论基础

2.1冷阴极电离真空规概述

2.2气体放电基础

2.2.1气体放电全伏安特性

2.2.2汤生放电理论

2.3反磁控冷阴极真空规放电的理论分析

2.3.1反磁控冷阴极真空规的着火理论

2.3.2考虑空间电荷效应的反磁控稳态放电特性

2.3.3低气压下交叉电磁场放电的不稳定性

2.4高真空反磁控冷阴极放电的计算机模拟研究

2.4.1蒙特卡洛方法简介

2.4.2反磁控气体放电的蒙特卡罗模型的建立

2.5本章小节

3反磁控冷阴极电离真空规脉冲放电操作模式的实验研究

3.1反磁控冷阴极真空规的现有实验结论回顾

3.1.1放电电流-压强的特性曲线及其拐点

3.1.2点火特性

3.1.3出气和泵效应

3.1.4长期稳定性

3.1.5冷阴极真空规的脉冲放电操作模式

3.2反磁控冷阴极真空规管的设计

3.2.1交叉电磁场的理想配置

3.2.2电极材料的选择

3.2.3点火极的设置

3.2.4实用二极型反磁控规管的设计

3.3实验装置介绍

3.3.1真空系统

3.3.2被测规管

3.3.3脉冲高压产生、放电电流测量及控制电路部分

3.3.4上位计算机操作软件

3.4反磁控冷阴极真空规脉冲放电的实验结果及讨论

3.4.1被测压强和放电电流的关系曲线

3.4.2放电电流和放电空间长度的关系

3.4.3磁感应强度对放电电流的影响

3.4.4拓展被测压强下限的方法

3.4.5 IMG操作电压的确定

3.4.6被测压强较高时的恒流测量方式

3.4.7小结

4智能真空度传感器的设计

4.1放电部分-反磁控规管的设计

4.1.1真空灭弧室的基本结构[69]

4.1.2真空度传感器放电部分的设计

4.2传感器的电路部分

4.2.1高压产生电路

4.2.2放电电流的程控放大电路

4.2.3无线通信接口电路

4.2.4传感器电池的选择

4.2.5抗干扰措施及绝缘

5结论

参考文献

作者简历

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