高壓斷路器觸頭電磨損在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的研究.doc

桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 1 1 頁(yè)頁(yè) 共共 2 2 頁(yè)頁(yè) 摘 要 隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化的迅速發(fā)展和供電可靠性的要求日益提高 特別是目前電力 部門(mén)正大力推行的變電站綜合自動(dòng)化 對(duì)高壓斷路器的可靠性提出了更高的要求 為 了適應(yīng)這種要求 需要構(gòu)建高壓斷路器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)機(jī)制 實(shí)時(shí)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和故障診 斷可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障 從而提高其運(yùn)行可靠性 延長(zhǎng)設(shè)備的維修保養(yǎng)周期 提高設(shè)備 的利用率 提高供電可靠性 減少維修保養(yǎng)費(fèi)用 因而具有重要的經(jīng)濟(jì)意義 所謂的在線(xiàn)監(jiān)測(cè) 也可以稱(chēng)為狀態(tài)監(jiān)測(cè) 就是通過(guò)傳感器裝置來(lái)監(jiān)視正在運(yùn)行中 的設(shè)備的工作狀態(tài) 對(duì)其健康水平作出評(píng)估或診斷 并根據(jù)不同的狀態(tài)識(shí)別設(shè)備的優(yōu) 劣和故障的原因 性質(zhì)及部位等信息 并且根據(jù)反饋回來(lái)的信息 決定維修計(jì)劃 狀 態(tài)監(jiān)測(cè)在一些先進(jìn)國(guó)家 已經(jīng)得到了很好的發(fā)展 近年來(lái) 我國(guó)也開(kāi)始了對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè) 技術(shù)進(jìn)行了研究 并取得了一些成果 這對(duì)發(fā)展我國(guó)的電力系統(tǒng)智能化提供了基礎(chǔ) 根據(jù)電力系統(tǒng)設(shè)備的檢修體制分析 狀態(tài)檢修體制占據(jù)越來(lái)越重要的地位 本文 對(duì)高壓斷路器觸頭電磨損在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了研究 并設(shè)計(jì)了試驗(yàn)樣機(jī)論證 該樣機(jī) 裝置采用廉價(jià)的 AVR 單片機(jī)作為中心處理器 其特點(diǎn)是速度高 功耗低和較高的保密 性 整個(gè)裝置的工作流程為 在高壓斷路器附近 一米之內(nèi) 安裝一近場(chǎng)天線(xiàn) 利用 在斷路器觸頭分離的擊穿過(guò)程中周?chē)目臻g產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射信號(hào)去響應(yīng)處理器的 中斷 進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)的采集與處理 最終計(jì)算出斷路器一次開(kāi)斷過(guò)程的磨損量 在此 基礎(chǔ)上進(jìn)行累計(jì)并與總磨損量進(jìn)行比較 最后給出相應(yīng)的顯示信息或報(bào)警信號(hào) 試驗(yàn) 結(jié)果表明該系統(tǒng)裝置具有較好的工作穩(wěn)定性和可靠性 基本完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)要求 和技術(shù)指標(biāo) 關(guān)鍵詞 高壓斷路器 電磨損 在線(xiàn)檢測(cè) Atmega16 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 2 2 頁(yè)頁(yè) 共共 2 2 頁(yè)頁(yè) Abstract With the rapid development of automation of electric power systems and Power supply reliability requirements is increasing day by day especially with the current power department is vigorously carry out of substation integrated automation the reliability of high voltage circuit breaker put forward higher request In order to adapt the request the need to build a high voltage circuit breaker on line monitoring system mechanism Real time on line monitoring and fault diagnosis can find the fault timely thus improve their operation reliability prolong the equipment maintenance cycle increase the utilization ratio of equipment improve the power supply reliability reduce maintenance cost so it has important economic significance So called on line monitoring also can call state monitoring through the sensor devices to monitor the work state of the running equipment make an assessment of its health level and according to the different status identification equipment quality and the cause of failure nature and Parts and so on information and according to the feedback information decided to maintenance plan In some advanced countries condition monitoring already obtained a good development In recent years our country has begun condition monitoring technology is studied and made some achievements this to the development of the country s electricity system intellectualization provides the basis According to the power system equipment maintenance system analysis the state overhaul system occupies more and more important position this paper is studied for electric wear on line monitoring system of high voltage circuit breaker contacts And design the test prototype to argument This prototype device adopts cheap AVR microcontroller as the central processor its characteristic is high speed low power consumption and high confidentiality The whole device in the workflow to In nearby the high voltage circuit breaker within one metre install a near field antenna use the breakdown process of the separation of the breaker contacts in the space around produced strong electromagnetic radiation signals to response the processor interruption the corresponding data interrupt signal processing and finally calculate circuit breaker a open circuit process wear quantity based on which and the total amount of wear accumulative and comparison with the total amount of wear finally gives corresponding display information or alarm signal The test results show that the system device has better job stability and reliability basic completed the graduation design task requirements and technical indexes Key words High voltage circuit breaker Electricity wear On line detection Atmega16 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 3 3 頁(yè)頁(yè) 共共 2 2 頁(yè)頁(yè) 目 錄 引言 1 1 1 緒論 2 1 1 課題背景 2 1 2 課題研究的目的和意義 3 1 3 設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 4 2 2 系統(tǒng)方案與主要系統(tǒng)方案與主要器件介紹 4 2 1 系統(tǒng)方案選擇 4 2 2 控制方案設(shè)計(jì) 5 2 3 高壓斷路器介紹 5 2 3 1 真空斷路器的分類(lèi)與用途 5 2 3 2 真空斷路器的基本結(jié)構(gòu) 6 2 3 3 真空斷路器的性能指標(biāo) 7 2 3 4 真空斷路器的發(fā)展 8 2 4 電流互感器介紹 9 2 4 1 電流互感器的原理與用途 9 2 4 2 電流互感器的性能指標(biāo) 10 2 4 3 電流互感器的選擇 11 2 4 4 電流互感器使用注意事項(xiàng) 12 2 5 單片機(jī) ATMEGA16 介紹 13 2 5 1 主要性能 13 2 5 2 功能特性描述 14 2 5 3 Atmega16 引腳排列及說(shuō)明 15 3 硬件部分設(shè)計(jì) 16 3 1 控制器及顯示報(bào)警部分硬件設(shè)計(jì) 16 3 1 1 M16 控制器硬件電路設(shè)計(jì) 16 3 1 2 顯示部分硬件設(shè)計(jì) 17 3 1 3 報(bào)警部分硬件設(shè)計(jì) 18 3 2 數(shù)據(jù)采集部分硬件設(shè)計(jì) 18 3 2 1 I V 變換電路設(shè)計(jì) 18 3 2 2 電壓跟隨電路設(shè)計(jì) 18 3 2 3 整流濾波部分電路設(shè)計(jì) 19 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 2 2 頁(yè)頁(yè) 共共 2 2 頁(yè)頁(yè) 3 3 天線(xiàn)信號(hào)部分硬件設(shè)計(jì) 20 3 3 1 穩(wěn)壓部分電路設(shè)計(jì) 20 3 3 2 電壓跟隨電路設(shè)計(jì) 21 3 3 3 中斷觸發(fā)電路設(shè)計(jì) 21 4 軟件部分設(shè)計(jì) 21 4 1 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì) 21 4 1 1 中斷及 ADC 程序初始化 22 4 1 2 ADC 程序設(shè)計(jì) 26 4 1 3 中斷程序設(shè)計(jì) 27 4 2 顯示模塊程序設(shè)計(jì) 28 4 2 1 LCD12864 初始化 28 4 2 2 LCD12864 顯示程序設(shè)計(jì) 31 4 2 3 連接接口說(shuō)明 32 4 3 4X4 鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì) 33 4 3 1 4X4 鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì) 33 4 3 2 連接接口說(shuō)明 34 5 硬件制作及系統(tǒng)調(diào)試 34 5 1 硬件的制作 34 5 2 硬件的調(diào)試 35 5 3 軟件的調(diào)試 36 6 結(jié)論 36 謝 辭 37 參考文獻(xiàn) 38 附 錄 1 39 附 錄 2 41 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 3 3 頁(yè)頁(yè) 共共 2 2 頁(yè)頁(yè) 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 1 1 頁(yè)頁(yè) 共共 5656 頁(yè)頁(yè) 引言 高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護(hù)設(shè)備 它的功能是接通和斷開(kāi)正常工 作電流 過(guò)負(fù)荷電流和故障電流 它是開(kāi)關(guān)設(shè)備中最為完善的一種 電力系統(tǒng)自動(dòng)化 的迅速發(fā)展和供電可靠性的日益提高 特別是目前電力部門(mén)正大力推行的變電站綜合 自動(dòng)化 對(duì)高壓斷路器的可靠性提出了更高的要求 為了適應(yīng)這種要求 需要構(gòu)建高 壓斷路器綜合監(jiān)控系統(tǒng) 該綜合監(jiān)控系統(tǒng)的根本任務(wù)是了解和掌握斷路器的運(yùn)行狀態(tài) 為斷路器的故障診斷 性能評(píng)估 合理使用和安全工作提供信息和準(zhǔn)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 因 此 高壓斷路器綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下基本目標(biāo) 1 對(duì)反映高壓斷路器運(yùn)行狀態(tài)的有關(guān)參量進(jìn)行連續(xù)長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè) 2 對(duì)高壓斷路器的相關(guān)運(yùn)行參量進(jìn)行顯示和記錄 3 建立起高壓斷路器的狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù) 對(duì)斷路器實(shí)施質(zhì)量統(tǒng)計(jì)和管理 4 具備一定通訊功能 能適應(yīng)綜合自動(dòng)化或無(wú)人值守變電站的要求 5 具備自檢和報(bào)警功能 6 具有較好的抗干擾能力和必要的監(jiān)測(cè)靈敏度 7 監(jiān)測(cè)結(jié)果有較好的可靠性和重復(fù)性 8 監(jiān)控系統(tǒng)的投入和使用應(yīng)不改變和影響斷路器的正常運(yùn)行 9 具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 10 應(yīng)用各種數(shù)據(jù)處理和信號(hào)分析的方法 綜合考慮各種因素 如運(yùn)行歷史 環(huán) 境因素等 對(duì)高壓斷路器的運(yùn)行狀態(tài)作出準(zhǔn)確的評(píng)估 在我國(guó)同傳統(tǒng)的油斷路器相比 真空斷路器是近 30 年來(lái)快速發(fā)展起來(lái)的一種新型 電器 它具有許多優(yōu)點(diǎn) 如不燃爆 不污染 免檢期長(zhǎng) 可頻繁操作 較小的觸頭間 隙 體積小重量輕 電弧不外露 壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn) 它正逐步取代傳統(tǒng)的少油斷 路器而成為中壓配電系統(tǒng)的主要開(kāi)關(guān)設(shè)備 隨著真空斷路器技術(shù)的快速發(fā)展 真空斷 路器在中高壓配電系統(tǒng)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛 因此 對(duì)真空斷路器的監(jiān)測(cè)也成為了電力 系統(tǒng)中重要的組成部 而隨著電力系統(tǒng)設(shè)備由定期檢修向狀態(tài)檢修機(jī)制的轉(zhuǎn)變 對(duì)真 空斷路器電壽命的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)也變得非常重要 通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 得出其剩余電壽命 并 給出一定的報(bào)警信號(hào) 維護(hù)人員即可進(jìn)行及時(shí)的處理 從而避免重大事故的發(fā)生 本文根據(jù)真空斷路器相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與研究 提出了一套真空斷路器觸頭電磨損 電壽命 在線(xiàn)檢測(cè)的方法 該法根據(jù)開(kāi)斷電流加權(quán)累計(jì)法并綜合考慮燃弧時(shí)間的影 響 能夠比較準(zhǔn)確的計(jì)算真空斷路器的電壽命 及時(shí)反映真空斷路器的運(yùn)行狀態(tài) 給 工作人員檢修帶來(lái)了很多的方便 也能夠有效地避免一些重大事故的發(fā)生 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 2 2 頁(yè)頁(yè) 共共 5656 頁(yè)頁(yè) 1 緒論 1 1 課題背景 現(xiàn)代高壓電氣設(shè)備是以高性能 智能化 免維修為發(fā)展趨勢(shì) 電氣設(shè)備從現(xiàn)行的 計(jì)劃?rùn)z修向狀態(tài)檢修轉(zhuǎn)變已成為必然趨勢(shì) 高壓斷路器是電力系統(tǒng)中重要且數(shù)量巨大 的電氣設(shè)備 斷路器發(fā)生故障造成的損失 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出斷路器本身的價(jià)值 為了提高斷 路器工作的可靠性 必須采取相關(guān)措施 防患于未然 建立高壓斷路器的狀態(tài)檢修環(huán) 節(jié) 可以預(yù)測(cè)故障先兆 克服定期檢修的盲目性 同時(shí)也為制造出智能型的免維修斷 路器摸索和積累了資料 真空斷路器在中國(guó)運(yùn)行有近 30 年的歷史 真空斷路器的開(kāi)發(fā)有兩次大的技術(shù)飛躍 一次是 20 世紀(jì) 70 年代 出現(xiàn)了中國(guó)第一代真空斷路器 它采用的是阿基米德螺旋 槽的觸頭結(jié)構(gòu) 觸頭材料為銅鉍銀及銅鉍鋁兩大類(lèi) 受其材料性能限制 開(kāi)斷能力只 能達(dá)到 20 kA 另一次是 20 世紀(jì) 80 年代初期 在杯形觸頭上刻槽 使其在開(kāi)斷時(shí)產(chǎn)生 橫向磁場(chǎng) 讓電弧在觸頭上旋轉(zhuǎn) 減少觸頭燒損 提高觸頭壽命 同時(shí)觸頭材料上研 制了銅鉍銻 銅鉍鋁及銅鉻材料等 使其斷路器在電壽命 機(jī)械壽命等方面有了較大 的飛躍 在其 20 世紀(jì) 80 年代中后期 由北京開(kāi)關(guān)廠引進(jìn)德國(guó)西門(mén)子 3AF 廣州南洋電 器廠引進(jìn)日本東芝公司 VK10J 比利時(shí) EIB 公司 VB5 及其 ABB 公司 VD4 等為代表 采用 在杯狀圓盤(pán)觸頭上刻槽 在開(kāi)斷時(shí)產(chǎn)生縱向磁場(chǎng) 使電弧呈擴(kuò)散性 最大限度地減少 燒損 觸頭材料全都采用銅鉻 CuCr 新材料 此種觸頭材料具有很低的截流值 一 般僅為 3 5 A 因此在感性電路中能限制其操作過(guò)電壓產(chǎn)生 開(kāi)斷容性負(fù)載重?fù)舸?乎不發(fā)生 弧后工頻耐壓基本不降低 克服了真空開(kāi)關(guān)在 20 世紀(jì) 70 年代及 20 世紀(jì) 80 年代初的三大缺陷 開(kāi)斷故障電弧后工頻耐壓特別低 開(kāi)斷容性負(fù)載經(jīng)常發(fā) 生重?fù)舸┈F(xiàn)象 在感性電路中其操作過(guò)電壓特別高 這樣在國(guó)內(nèi)掀起了真空開(kāi)關(guān) 熱 生產(chǎn)真空斷路器的廠家目前已突破 350 家 真空斷路器型號(hào)已達(dá) 50 多種 可稱(chēng)位 居世界之首 隨著真空斷路器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛 對(duì)真空斷路器的檢修成為了電力 系統(tǒng)檢修體系的重要環(huán)節(jié) 當(dāng)今世界的電力設(shè)備檢修制度基本上有兩種 即定期檢修 制度和狀態(tài)檢修制度 前者以時(shí)間周期為標(biāo)準(zhǔn) 其主要缺點(diǎn)是檢修具有一定的盲目性 而后者以設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn) 其主要的優(yōu)點(diǎn)是可以克服檢修的過(guò)剩與不足 減少浪費(fèi) 提高效率 隨著電力生產(chǎn)體制的改革以及故障診斷等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步和普 及 在我國(guó)電力系統(tǒng)推行狀態(tài)檢修勢(shì)在必行 而在線(xiàn)監(jiān)測(cè)作為狀態(tài)檢修的一種形式 在電力系統(tǒng)中也越來(lái)越受歡迎 所謂在線(xiàn) 監(jiān)測(cè) 是指對(duì)運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)量進(jìn)行不間斷的監(jiān)測(cè) 將采集到的信號(hào)量進(jìn)行加工處理 使之成為有用的信息 通過(guò)對(duì)信號(hào)識(shí)別來(lái)判斷出設(shè)備故障和異常部位 原因和程度 預(yù)測(cè)設(shè)備故障或異?？赡馨l(fā)展的速度和后果 定出維修計(jì)劃和項(xiàng)目 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)可以減 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 3 3 頁(yè)頁(yè) 共共 5656 頁(yè)頁(yè) 少高壓開(kāi)關(guān)維護(hù)的勞動(dòng)量和成本 1 2 課題研究的目的和意義 高壓斷路器 是開(kāi)關(guān)電器中最為關(guān)鍵的一種電氣設(shè)備 是作為絕緣和滅魂的裝置 是發(fā)電廠和變電所配電裝置中必不可少的設(shè)備 正常運(yùn)行時(shí) 用來(lái)進(jìn)行倒換運(yùn)行方式 把設(shè)備或線(xiàn)路接入電路或退出運(yùn)行 起著控制作用 當(dāng)設(shè)備和線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)能快速 切除 保證無(wú)故障部分正常運(yùn)行 起保護(hù)作用 高壓斷路器在電力系統(tǒng)中肩負(fù)著控制 和保護(hù)雙重任務(wù) 其狀態(tài)的好壞直接影響著電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行 電力系統(tǒng)中 高壓斷路器數(shù)量多 檢修量大 費(fèi)用高 有關(guān)統(tǒng)計(jì)表明 變電站維 護(hù)費(fèi)用的一半是用在高壓斷路器上 而其中 60 又是用于斷路器的小修和例行檢修上 據(jù)統(tǒng)計(jì) 10 的斷路器故障時(shí)由于不正確的檢修所致 斷路器的大修完全解體 既費(fèi) 時(shí)間 費(fèi)用也高 而且解體和重裝會(huì)引起很多新的缺陷 在目前相對(duì)保守的計(jì)劃?rùn)z修 中 檢修缺乏一定的針對(duì)性 因此 及時(shí)了解斷路器的工作狀態(tài) 缺陷的部位 減少 過(guò)早或不必要的停電試驗(yàn)和檢修 減少維護(hù)工作量 降低維修費(fèi)用 提高檢修的針對(duì) 性 可顯著提高電力系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性 高壓斷路器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)為實(shí)現(xiàn)由計(jì)劃?rùn)z修到狀態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變創(chuàng)造了條件 長(zhǎng)期以來(lái) 的計(jì)劃?rùn)z修 盲目解體拆卸 浪費(fèi)了大量的人力物力和財(cái)力 同時(shí)也造成了停電損失 和設(shè)備壽命的降低 目前 電力系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才正致力于高壓斷路器由計(jì)劃?rùn)z修到 狀態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變 不再以投入年限和動(dòng)作次數(shù)為衡量標(biāo)準(zhǔn) 而是以設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)為 維修依據(jù) 電力設(shè)備的檢修要實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)勢(shì)在必行 高壓斷路器的電氣性能是通過(guò)其機(jī)械特性來(lái)保證的 對(duì)高壓斷路器的運(yùn)行狀態(tài)實(shí) 施在線(xiàn)測(cè)量 主要包括合 分閘操作機(jī)械特性的測(cè)量 能及時(shí)了解其工作情況 實(shí)現(xiàn) 從預(yù)防維修到狀態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變 對(duì)提高其運(yùn)行可靠性 保障電力系統(tǒng)安全十分重要 高壓斷路器作為電力輸配電系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍的電器設(shè)備 對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故 障診斷 是對(duì)斷路器狀態(tài)預(yù)知的基礎(chǔ) 也是提高供 配電可靠性的必由之路 此外 高壓斷路器機(jī)械特性在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展 將推動(dòng)智能化斷路器的進(jìn)程 將來(lái) 智能化斷路器將是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì) 高壓斷路器機(jī)械特性在線(xiàn)監(jiān)測(cè)也是故障診斷 技術(shù)發(fā)展的前提 所以真空斷路器機(jī)械特性在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的意義重大 綜上所述 課題的目的和意義在于 1 提高電力系統(tǒng)供電配電的可靠性 2 減少檢修次數(shù)以及檢修過(guò)程中人為事故的發(fā)生 3 為高壓斷路器由計(jì)劃?rùn)z修到狀態(tài)檢修創(chuàng)造條件 4 最大化地節(jié)省不必要的檢修開(kāi)支 5 延長(zhǎng)高壓電器的工作壽命 6 為智能化高壓斷路器的研制做前導(dǎo)工作 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 4 4 頁(yè)頁(yè) 共共 5656 頁(yè)頁(yè) 推進(jìn)電器的智能化發(fā)展 1 3 設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 本文通過(guò)科技論文 技術(shù)資料的檢索 與對(duì)電氣設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與維修體制的應(yīng)用 和發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)研 深入了解在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的基本原理和意義 了解和掌握真空斷路器工 作和運(yùn)行條件 掌握影響真空斷路器工作性能的特征參數(shù) 分析和綜述真空斷路器觸 頭系統(tǒng)電壽命監(jiān)測(cè)的常用方法 包括離線(xiàn)和在線(xiàn)監(jiān)測(cè) 通過(guò)分析確定一種電壽命 電 磨損 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的方案 并制定技術(shù)路線(xiàn) 通過(guò)仿真或試驗(yàn)驗(yàn)證方案的可行性 最終 制作高壓斷路器電磨損在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置樣機(jī) 2 系統(tǒng)方案與主要器件介紹 總系統(tǒng)方案是一個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂 每一個(gè)設(shè)計(jì)首要任務(wù)是進(jìn)行方案的論證和選擇 每個(gè)設(shè)計(jì)可以有多種實(shí)施方案 在對(duì)各種方案進(jìn)行論證比較之后 選擇最合理的實(shí)施 方案進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì) 力求系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì) 本章將介紹系統(tǒng)的控制方案與主要器件 2 1 系統(tǒng)方案選擇 對(duì)于真空斷路器來(lái)說(shuō) 影響電壽命的主要因素是斷路器開(kāi)斷電流時(shí)由于電弧作用 而產(chǎn)生的電磨損 目前普遍采用的監(jiān)測(cè)方法是基于斷路器的電壽命曲線(xiàn) N Ib 的 開(kāi)斷電流加權(quán)累計(jì)法 一般來(lái)說(shuō) 電壽命曲線(xiàn)可用式 1 表示 NIba Qt 1 式中 a 為開(kāi)斷電流的加權(quán)指數(shù) 通常介于 1 2 之間 Ib為斷路器開(kāi)斷電流的 有效值 N 為在開(kāi)斷電流有效值為 Ib時(shí)斷路器的允許開(kāi)斷次數(shù) Qt表征允許的電磨損 總量 該法由于沒(méi)有考慮各相的差別和實(shí)際燃弧時(shí)間 會(huì)有較大的誤差 因此通過(guò)改進(jìn) 考慮各相實(shí)際的開(kāi)斷過(guò)程和燃弧時(shí)間 準(zhǔn)確性將有較大的提高 也可以更加真實(shí)地反 映各相的電磨損情況 改進(jìn)方法中斷路器累計(jì)的電磨損的計(jì)算公式為 采用此方法進(jìn)行真空斷路器觸頭電磨損在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的時(shí)候 開(kāi)斷電流可 直接用電流傳感器測(cè)量 并且根據(jù)開(kāi)斷電流的波形確定熄弧時(shí)刻 起弧時(shí)刻的確定是 本設(shè)計(jì)的難點(diǎn) 但觸頭分離的擊穿過(guò)程中 斷路器周?chē)a(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射信號(hào) 可 用近場(chǎng)天線(xiàn)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行捕捉 也即是在真空滅弧室附近安裝一個(gè)近場(chǎng)天線(xiàn) 當(dāng)斷路 器觸頭分離時(shí)周?chē)a(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射信號(hào) 利用該信號(hào)或者斷路器輔助觸點(diǎn)動(dòng)作信 號(hào)就可以確定其起弧時(shí)刻 本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)開(kāi)斷電流以及燃弧時(shí)間的測(cè)取 并將所得的數(shù)據(jù)信號(hào)送到 AVR 單片 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 5 5 頁(yè)頁(yè) 共共 5656 頁(yè)頁(yè) 機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理 以求得觸頭的電磨損程度 并與總電磨損比較 得到觸頭剩 余的電磨損量 當(dāng)觸頭磨損到一定程度時(shí) 單片機(jī)發(fā)出警告信號(hào) 提示及時(shí)對(duì)斷路器 進(jìn)行整修 以保證電力系統(tǒng)正常與安全運(yùn)行 2 2 控制方案設(shè)計(jì) 通過(guò)查閱相關(guān)資料以及根據(jù)國(guó)內(nèi)高壓斷路器在線(xiàn)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展情況 本次設(shè)計(jì) 采用改進(jìn)的開(kāi)斷電流加權(quán)累計(jì)法進(jìn)行真空斷路器觸頭電磨損的在線(xiàn)監(jiān)控 并采用市場(chǎng) 上價(jià)位較低的 AVR 單片機(jī) ATmega16 作為系統(tǒng)的核心處理器 ATmega16 是基于增強(qiáng)的 AVRRISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 COMS 微控制器 該樣機(jī)控制方案的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 1 圖 2 1 控制方案結(jié)構(gòu)圖 該結(jié)構(gòu)圖主要包括四個(gè)部分 控制器 包括中心處理器和樣機(jī)裝置的控制輸入端 顯示報(bào)警部分 包括相關(guān)信息的顯示裝置與報(bào)警器 作為信息的輸出端 天線(xiàn)裝置及天線(xiàn)信號(hào)處理器 該部分通過(guò)天線(xiàn)裝置觸發(fā)一個(gè)信號(hào) 該信號(hào)經(jīng) 過(guò)調(diào)理后作為處理器的外部中斷信號(hào) 數(shù)據(jù)采集部分 通過(guò) AVR 單片機(jī)內(nèi)部的 ADC 采集相關(guān)數(shù)據(jù) 包括起弧時(shí)刻與 開(kāi)斷電流 將幾個(gè)部分通過(guò)相關(guān)的聯(lián)系有機(jī)的結(jié)合起來(lái) 就可以組成一套相對(duì)比較合理和完 善的控制方案 為了驗(yàn)證該方案的可行性 我們將設(shè)計(jì)一臺(tái)試驗(yàn)樣機(jī)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證 該 控制方案各部分的具體設(shè)計(jì)將在硬件設(shè)計(jì)部分作更詳細(xì)的說(shuō)明 2 3 高壓斷路器介紹 高壓斷路器主要用于在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí) 能夠自動(dòng)地切斷電力系統(tǒng)中的故障 電流 防止故障電流波及到整個(gè)電力系統(tǒng)中造成巨大的損失 高壓斷路器的各個(gè)機(jī)構(gòu) 的工作可靠性 直接影響著整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定 而真空斷路器將在以后相關(guān)設(shè)備中 占據(jù)主要位置 因此 在這一章中主要介紹真空斷路器的相關(guān)技術(shù)資料 2 3 1 真空斷路器的分類(lèi)與用途 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 6 6 頁(yè)頁(yè) 共共 5656 頁(yè)頁(yè) 目前我國(guó)生產(chǎn)的真空斷路器可粗略分為三大類(lèi) 第一類(lèi)為分體型結(jié)構(gòu) 完全是按 原少油斷路器 SN10 型模仿設(shè)計(jì)出來(lái)的 主要是為了舊少油斷路器開(kāi)關(guān)設(shè)備的改造 也有安裝在新開(kāi)關(guān)設(shè)備上的 如 ZN7 10X ZN13 10X ZN19 10X ZN28 10A 等 第二類(lèi)為具有獨(dú)立型號(hào)機(jī)構(gòu)的拼湊型結(jié)構(gòu) 由 CD10 CD17 CT8 CT17 CT19 等機(jī)構(gòu)與真空滅弧室及轉(zhuǎn)軸 彈簧等拼湊成一臺(tái)斷路器 如 ZN7 10 ZN13 10 ZN19 10 ZN28 10 等 第三類(lèi)為整體型結(jié)構(gòu) 其特點(diǎn)是沒(méi) 有獨(dú)立的機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)損耗少的真空斷路器 此類(lèi)斷路器主要以引進(jìn)技術(shù)占主體 如 ZN12 10 ZN18 10 真空斷路器 廈門(mén) ABB 開(kāi)關(guān)有限公司的 VD4 真空斷路器 VM1 永磁真空斷路器以及森源公司設(shè)計(jì)的 VS1 型真空斷路器等 真空斷路器是高壓電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護(hù)設(shè)備 真空斷路器應(yīng)該做到能 夠開(kāi)斷 關(guān)合及承載運(yùn)行線(xiàn)路的正常電流 也能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)開(kāi)斷 關(guān)合及承載規(guī)定 的異常電流 如過(guò)載電流和短路電流 總而言之 如其它斷路器一樣 真空斷路器在 電網(wǎng)中起兩方面的作用 控制作用 根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行需要 用真空斷路器把一部分電力設(shè)備或線(xiàn)路投入 或退出運(yùn)行 這種作用稱(chēng)為控制作用 保護(hù)作用 真空斷路器還可以在電力設(shè)備或線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)將故障部分從電 網(wǎng)快速切除 保證電網(wǎng)中的無(wú)故障部分正常運(yùn)行 這種作用稱(chēng)為保護(hù)作用 2 3 2 真空斷路器的基本結(jié)構(gòu) 真空斷路器主要包含三大部分 真空滅弧室 電磁或彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu) 支架及其 他部件 真空滅弧室 真空滅弧室的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2 2 所示 它由外殼 觸頭和屏 蔽罩三大部分組成 外殼的作用是構(gòu)成一個(gè)真空密封容器 同時(shí)容納和支持真空滅弧 室內(nèi)的各種零件 觸頭是真空滅弧室內(nèi)最為重要的元件 真空滅弧室的開(kāi)斷能力和電 氣壽命主要由觸頭狀況來(lái)決定 屏蔽罩的主要作用是 防止燃弧過(guò)程中電弧生成物噴 濺到絕緣外殼的內(nèi)壁上 引起其絕緣強(qiáng)度降低 冷凝電弧生成物 吸收部分電弧能量 以利于弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的快速恢復(fù) 改善滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)分布的均勻性 降低局部場(chǎng)強(qiáng) 促進(jìn)真空滅弧室小型化 圖 2 2 真空滅弧室結(jié)構(gòu)示意圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 7 7 頁(yè)頁(yè) 共共 5656 頁(yè)頁(yè) 電磁或彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu) 所有斷路器都必須能夠進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng) 可以分離或 接通觸頭 同時(shí)還需要為控制電弧而操縱滅弧介質(zhì)等的運(yùn)動(dòng) 斷路器所具有的這些 控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的部件 即操動(dòng)機(jī)構(gòu) 斷路器觸頭的分 合閘動(dòng)作就是通過(guò)操動(dòng)機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)的 一般 斷路器的 常用的操動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu) 和彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu) 利用電磁力合閘的操動(dòng)機(jī)構(gòu) 成為電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu) 電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖如圖 2 3 所示 電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 工作可靠 維護(hù)簡(jiǎn)便 制造成本低 缺點(diǎn)主要是合閘電流很大 可達(dá)幾十安至幾百安 需要足夠大的直流電源 合閘 時(shí)間較長(zhǎng) 電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)普遍用來(lái)操作3 35kV 的斷路器 圖 2 3 電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖 利用已儲(chǔ)能的彈簧動(dòng)力使斷路器動(dòng)作的操動(dòng)機(jī)構(gòu) 成為彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu) 彈簧 操動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由儲(chǔ)能機(jī)構(gòu) 鎖定機(jī)構(gòu) 合閘彈簧 分閘彈簧 主傳動(dòng)軸 緩沖器和 控制裝置等部分組成 支架及其他部件 根據(jù)真空斷路器的總體結(jié)構(gòu)可分為 懸臂式 和 落 地式 兩種最基本的形式 除去真空滅弧室和操動(dòng)機(jī)構(gòu)之外 真空斷路器還有支架 及其它部件 FN5 12 真空斷路器總結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2 4 所示 圖 2 4 真空斷路器結(jié)構(gòu)示意圖 2 3 3 真空斷路器的性能指標(biāo) 真空斷路器的主要性能指標(biāo)包括額定電壓 額定電流和開(kāi)斷關(guān)合時(shí)間等幾項(xiàng)指標(biāo) 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 8 8 頁(yè)頁(yè) 共共 5656 頁(yè)頁(yè) 額定電壓 U KV 斷路器的額定電壓是正常工作的線(xiàn)電壓 同時(shí)斷路器 工作時(shí)還應(yīng)耐受高于額定電壓的各種電壓 具體數(shù)值與斷路器額定電壓有關(guān) 額定電流 I A 斷路器的額定電流是指在規(guī)定的正常使用和性能條件下 主回路能夠長(zhǎng)期連續(xù)承受的電流有效值 額定短時(shí)耐受電流 Isw KA 又稱(chēng)額定熱穩(wěn)定電流 是指在規(guī)定的使用和性 能條件下 在確定的短時(shí)間內(nèi) 斷路器在合閘位置所能承受的電流有效值 額定短路持續(xù)時(shí)間 tsw S 又稱(chēng)額定熱穩(wěn)定時(shí)間 是指斷路器在合閘位置所 能承受其額定短時(shí)耐受電流的時(shí)間間隔 通常為 1 4S 額定峰值耐受電流 IPW KA 又稱(chēng)額定動(dòng)穩(wěn)定電流 是指在規(guī)定的使用和 性能條件下 斷路器在合閘位置所能耐受的額定短時(shí)耐受電流第一個(gè)大半波的峰值電 流 開(kāi)斷時(shí)間 t S 是指斷路器接到分閘指令瞬間起到所有各相中電弧最終 熄滅的時(shí)間間隔 關(guān)合時(shí)間 t S 是指斷路器接到合閘指令瞬間起到所有相觸頭都接觸瞬 間的時(shí)間間隔 上述性能指標(biāo)中 真空斷路器的各項(xiàng)電流幅值大小于斷路器的電磨損有關(guān) 各時(shí) 間參數(shù)則反映斷路器機(jī)械操動(dòng)機(jī)構(gòu)的狀況 80 年代以前 真空斷路器處于發(fā)展的起步階段 技術(shù)上在不斷摸索 還不能制定 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 直到 1985 年后才制定相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 目前國(guó)內(nèi)主要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為 JP3855 96 3 6 40 5kV 交流高壓真空斷路器通用技術(shù)條件 DL403 91 10 35kV 戶(hù)內(nèi)高壓斷路器訂貨技術(shù)條件 IEC 標(biāo)準(zhǔn)中并無(wú)與我國(guó) JB3855 相對(duì)應(yīng)的專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn) 只是套用了 IEC56 交流高壓 斷路器 因此 我國(guó)真空斷路器的標(biāo)準(zhǔn)至少在下列幾個(gè)方面高于或嚴(yán)于 IEC 標(biāo)準(zhǔn) 1 絕緣水平 試驗(yàn)電壓 IEC 中國(guó) 1min 工頻耐壓 kV 28 42 極間 極對(duì)地 48 斷口間 1 2 50 沖擊耐壓 kV 75 75 極間 極對(duì)地 84 斷口間 2 電壽命試驗(yàn)結(jié)束后真空滅弧室斷口的耐壓水平 IEC56 中無(wú)規(guī)定 我國(guó) JB3855 一 96 規(guī)定為 完成電壽命次數(shù)試驗(yàn)后的真空斷路器 其斷口間絕緣能力應(yīng)不低于初始 絕緣水平的 80 即工頻 1min33 6kV 和沖擊 60kV 3 觸頭合閘彈跳時(shí)間 IEC 無(wú)規(guī)定 而我國(guó)規(guī)定要求不大于 2ms 4 溫升試驗(yàn)的試驗(yàn)電流 IEC 標(biāo)準(zhǔn)中 試驗(yàn)電流就等于產(chǎn)品的額定電流 我國(guó) DL403 91 中規(guī)定試驗(yàn)電流為產(chǎn)品額定電流的 110 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 9 9 頁(yè)頁(yè) 共共 5656 頁(yè)頁(yè) 2 3 4 真空斷路器的發(fā)展 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù) 電子技術(shù) 通訊技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展 真空斷路器在 電力行業(yè)已被廣泛應(yīng)用 高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的智能化水平日益提高 真空斷路器在產(chǎn)品制 造過(guò)程中 應(yīng)不斷完善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 提高制造工藝水平 保證裝配質(zhì)量 提高設(shè)備 運(yùn)行的可靠性 高壓真空斷路器在智能化選型 優(yōu)化設(shè)備狀態(tài)檢修 降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi) 用 加速電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制 建立科學(xué)合理的狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)中產(chǎn)生積極的促進(jìn)作用 應(yīng)用的前景是比較樂(lè)觀的 隨著世界市場(chǎng)不斷擴(kuò)大 真空斷路器 2000 年已占中壓斷路器市場(chǎng) 70 中壓真空 斷路器在日本幾乎占 100 在美國(guó)和德國(guó)占 70 以上 在俄羅斯 1977 年已占 50 以 上 我國(guó) 1993 年起電力部門(mén)大力使用真空斷路器 中壓真空斷路器的產(chǎn)量 2000 年已 占全部中壓斷路器產(chǎn)量的 87 36 2001 年進(jìn)而占 91 16 總起來(lái)看 中壓真空斷路器的發(fā)展已進(jìn)入快車(chē)道 取得了驕人的業(yè)績(jī) 其中 12kV 真空斷路器產(chǎn)量大 覆蓋面廣 前景看好 從國(guó)內(nèi)外真空斷路器新產(chǎn)品品種的產(chǎn)生上及展覽會(huì)上 德國(guó)漢諾威博覽會(huì)為世界 上最大的工業(yè)展覽會(huì) 素有新產(chǎn)品櫥窗之美 可以看出真空斷路器的發(fā)展趨向于專(zhuān)用 化 小型化 智能化 低過(guò)電壓幾大方向 專(zhuān)用化 面臨極其不同的開(kāi)斷任務(wù)新的專(zhuān)用斷路器應(yīng)運(yùn)而生 如用于發(fā)電機(jī) 保護(hù)斷路器的特大容量真空斷路器 短路開(kāi)斷電流高達(dá) 3 80KA 及以上 標(biāo)準(zhǔn)型真空斷 路器 短路開(kāi)斷電流 25 50KA 經(jīng)濟(jì)型真空斷路器 16KA 25KA 頻繁型真空斷路 如 操作次數(shù) 54 萬(wàn)次 超頻繁型真空斷路器 如操作次數(shù) 1615 萬(wàn)次 小型化 高可靠性 真空斷路器的小型化研究工作進(jìn)行了很多年 并取得了 一定成效 雖然真空斷路器零件數(shù)較少 但各國(guó)為了提高可靠性 降低成本一直努力 減少零件數(shù) 縮小管徑 智能化 智能化真空斷路器在保留斷路器原有的各種功能外 必須具有對(duì)電 路的異常狀況進(jìn)行檢測(cè)與判定以及具有一定的指令功能等也就是把計(jì)算機(jī)加入機(jī)械系 統(tǒng) 使開(kāi)關(guān)系統(tǒng)有了 大腦 再加 傳感器 采集信息 用光纖傳導(dǎo)信息 使開(kāi)關(guān) 系統(tǒng)有了 知覺(jué) 大腦根據(jù) 知覺(jué) 做出判斷與決定使系統(tǒng)有了 智能 這是配 電自動(dòng)化的需要 也是斷路器本身控制保護(hù)的需要 低過(guò)電壓 真空斷路器開(kāi)斷小電流容易發(fā)生截流 引起過(guò)電壓 過(guò)電壓是人 們使用真空斷路器最關(guān)心的問(wèn)題 一般解決方法有兩種 第一種是加裝過(guò)電壓吸收裝 置 RC 回路 ZnO 避雷器 但它作為真空斷路器的附加裝置 不僅使真空斷路器結(jié)構(gòu) 復(fù)雜化 而且增加成本 另一種方法也是今后要致力研究的課題 采用低電壓觸頭材 料 研究采用低電壓觸頭材料日本幾家公司走在前列 2 4 電流互感器介紹 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 1010 頁(yè)頁(yè) 共共 5656 頁(yè)頁(yè) 2 4 1 電流互感器的原理與用途 電流互感器 Current Transformer 簡(jiǎn)稱(chēng) CT 利用電磁感應(yīng) 能將一次回路的大電 流成正比的變換為二次小電流以供給測(cè)量?jī)x器儀表 電流互感器起到變流和電氣隔離的作用 其工作原理 結(jié)構(gòu)和接線(xiàn)方式都與變壓 器相同 只是容量較小 通常僅有幾十或幾百伏安 它的用途是把高電壓按一定的比 例縮小 使低壓線(xiàn)圈能夠準(zhǔn)確地反映高電壓量值的變化 以解決高電壓測(cè)量的困難 同時(shí) 由于它可靠地隔離了高電壓 從而保證了測(cè)量人員和儀表保護(hù)裝置的安全 電流互感器的構(gòu)造是由鐵芯 一次繞組 二次繞組 接線(xiàn)端子及絕緣支撐物等組 成 電流互感器的一次繞組的匝數(shù)較少 串接在需要測(cè)量電流的線(xiàn)路中 流過(guò)較大的 被測(cè)電流 二次繞組的匝數(shù)較多 串接在測(cè)量?jī)x表或繼電保護(hù)回路里 電流互感器分為測(cè)量用電流互感器和保護(hù)用電流互感器 測(cè)量用電流互感器在測(cè)量交變電流的大電流時(shí) 為便于二次儀表測(cè)量需要轉(zhuǎn)換為 比較統(tǒng)一的電流 我國(guó)規(guī)定電流互感器的二次額定為 5A 或 1A 另外線(xiàn)路上的電壓都 比較高如直接測(cè)量是非常危險(xiǎn)的 測(cè)量用電流互感器原理圖如圖 2 5 所示 電流互感 器就起到交流和電氣隔離作用 他是電力系統(tǒng)中測(cè)量?jī)x表 繼電保護(hù)等二次設(shè)備獲取 電氣一次回路電流信息的傳感器 電流互感器將高電流按比例轉(zhuǎn)換成低電流 電流互 感器一次側(cè)接在一次系統(tǒng) 二次側(cè)接測(cè)量?jī)x表 圖 2 5 測(cè)量用電流互感器原理圖 保護(hù)用電流互感器主要與繼電裝置配合 在線(xiàn)路發(fā)生短路過(guò)載等故障時(shí) 向繼電 裝置提供信號(hào)切斷故障電路 以保護(hù)供電系統(tǒng)的安全 保護(hù)用微型電流互感器的工作 條件與測(cè)量用互感器完全不同 保護(hù)用互感器只是在比正常電流大幾倍或幾十倍的電 流時(shí)才開(kāi)始有效的工作 保護(hù)用電流互感器主要要求 1 絕緣可靠 2 足夠大 的準(zhǔn)確限值系數(shù) 3 足夠的熱穩(wěn)定性合動(dòng)穩(wěn)定性 圖 2 6 是電流互感器的實(shí)物圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 1111 頁(yè)頁(yè) 共共 5656 頁(yè)頁(yè) 圖 2 6 電流互感器實(shí)物圖 2 4 2 電流互感器的性能指標(biāo) 電流互感器的性能指標(biāo)主要包括準(zhǔn)確級(jí) 額定容量和額定電流比 電流互感器根據(jù)測(cè)量誤差的大小而劃分為不同的準(zhǔn)確級(jí) 所謂準(zhǔn)確級(jí)是指在一定 的二次負(fù)荷和額定電流值時(shí)的最大容許誤差 我國(guó)電流互感器準(zhǔn)確級(jí)誤差限值如表 2 1 所示 表 2 1 電流互感器準(zhǔn)確級(jí)和誤差限值 誤差限值準(zhǔn)確級(jí) 次 一次電流為額定電流的百分?jǐn)?shù) 電流誤差 相位差 二次負(fù)荷變化范 圍 0 210 20 100 120 0 5 0 35 0 2 20 15 10 0 510 20 100 120 1 0 75 0 5 60 45 30 110 20 100 120 2 1 5 1 120 90 60 0 25 1 350 1203不規(guī)定 0 25 1 S 為電流互感器的額定容量 電流互感器的額定容量 S 為電流互感器在額定二次電流 I 和額定二次阻抗 Z 下運(yùn)行時(shí) 二次繞組輸出的容量 即 S I Z 由于電流互感器的誤差與二 次負(fù)荷有關(guān) 故同一臺(tái)電流互感器使用在不同準(zhǔn)確級(jí)時(shí) 對(duì)應(yīng)有不同的額定容量 我國(guó)規(guī)定的額定輸出容量等級(jí)有 5 10 15 25 30 40 50 60 80 100VA 等 10 級(jí) 由于 S I 已知 即可算出 Z 只要實(shí)際的二次負(fù)荷阻抗值不大于 Z 電流 互感器的誤差就不會(huì)超限 所謂額定電流比是指額定一次電流和額定二次電流的比值 即 K I I 額 定一次電流即電流互感器額定的輸入一次回路電流 額定二次電流即電流互感器的額 定輸出二次回路電流 2 4 3 電流互感器的選擇 電流互感器是電力系統(tǒng)中不可缺少的設(shè)備 雖然電流互感器在電力系統(tǒng)中不切斷 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 1212 頁(yè)頁(yè) 共共 5656 頁(yè)頁(yè) 短路電流 但因?yàn)樗谴?lián)在短路電流所經(jīng)過(guò)的回路中 巨大的短路電流對(duì)其帶來(lái)極 大的威脅 因此電流互感器的選擇也是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié) 額定電壓的選擇 電流互感器的額定電壓是指其一次繞組對(duì)地或?qū)Χ卫@組長(zhǎng)期 能承受的最大有效電壓值 而不是指一次繞組兩端所加的電壓 電流互感器的額定電 壓應(yīng)不低于其安裝處的線(xiàn)路額定電壓或電氣設(shè)備額定電壓 額定變比的選擇 額定變比為一 二次額定電流之比 且二次電流已標(biāo)準(zhǔn)化定為 1A 或 5A 故選擇額定變比 實(shí)際上是選擇一次額定電流 跟據(jù) GB1202 97 電流互感 器 中規(guī)定的一次電流標(biāo)準(zhǔn)值 1A 25000A 等不同規(guī)格的電流互感器選擇 額定二次負(fù)荷的選擇 一般要求電流互感器的實(shí)際二次負(fù)荷必須在 25 100 額 定二次負(fù)荷范圍 額定功率因數(shù)的選擇 計(jì)量用電流互感器額定二次負(fù)荷的功率因數(shù)應(yīng)為 0 8 1 0 準(zhǔn)確度等級(jí)的選擇 根據(jù) DL T448 2000 電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程 規(guī)定 各 類(lèi)電能計(jì)量裝置應(yīng)配置的互感器的準(zhǔn)確度等級(jí)不應(yīng)低于表 2 2 中所規(guī)定的值 表 2 2 電流互感器的配置 電能計(jì)量裝置類(lèi)別電流互感器準(zhǔn)確度等級(jí) 0 2 或 0 2 0 2 或 0 2 0 5 0 5 0 5 接線(xiàn)方式的選擇 電流互感器的接線(xiàn)方式的選擇與電網(wǎng)中性點(diǎn)的接地方式有關(guān) 當(dāng)為非有效接地系統(tǒng)時(shí) 應(yīng)采用兩相電流互感器 當(dāng)為有效接地系統(tǒng)時(shí) 應(yīng)采用三相 電流互感器 2 4 4 電流互感器使用注意事項(xiàng) 電流互感器作為電力系統(tǒng)中重要的設(shè)備 對(duì)其的使用應(yīng)注意以下事項(xiàng) 以確保工 作人員與設(shè)備的安全 運(yùn)行中的電流互感器二次側(cè)決不允許開(kāi)路 在二次側(cè)不能安裝熔斷器 刀開(kāi) 關(guān) 這是因?yàn)殡娏骰ジ衅鞫蝹?cè)繞組匝數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一次側(cè)匝數(shù) 在開(kāi)路的狀態(tài)下 電 流互感器相當(dāng)于一臺(tái)升壓變壓器 根據(jù)有關(guān)資料顯示 其電壓值可達(dá) 1000V 左右 將 危及工作人員的安全 故在一次側(cè)有電流的情況下 二次側(cè)除了采用相應(yīng)的短接措施 外 電流互感器在工作時(shí)近似處于短路的狀態(tài) 故可將 K K 直接短接并接地 不 得施工 電流互感器安裝時(shí) 應(yīng)將電流互感器的二次側(cè)的一端 一般是 K 鐵芯 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 1313 頁(yè)頁(yè) 共共 5656 頁(yè)頁(yè) 外殼做可靠接地 以預(yù)防一 二次側(cè)繞組因絕緣損壞 一次側(cè)電壓串至二次側(cè) 危及 工作人員的安全 電流互感器安裝時(shí) 應(yīng)考慮精度等級(jí) 精度高的接測(cè)量?jī)x表 精度低的用于 保護(hù) 選擇時(shí)應(yīng)注意 電流互感器安裝時(shí) 應(yīng)注意極性 同名端 一次側(cè)的端子為 L1 L2 或 P P 一次側(cè)電流由 L 流入 由 L2流出 而二次側(cè)的端子為 K K 或 S S 即二次側(cè)的端子由 K 流出 由 K2流入 L 與 K L 與 K 為同極性 同名端 不得弄錯(cuò) 否則若接電度表的話(huà) 電度表將反轉(zhuǎn) 電流互感器一次側(cè)繞組有單匝和多匝之分 LQG 型為單匝 而使用 LMZ 型 穿 心式 時(shí)則要注意銘牌上是否有穿心數(shù)據(jù) 若有則應(yīng)該按要求穿出所需的匝數(shù) 電流互感器的二次繞組有一個(gè)繞組和二個(gè)之分 若有二個(gè)繞組的 其中一個(gè) 繞組為高精度 誤差值較小 的一般作為計(jì)量使用 另一個(gè)則為低精度 誤差值較大 一般用于保護(hù) 電流互感器的聯(lián)接線(xiàn)必須采用 2 5mm2的銅芯絕緣線(xiàn)聯(lián)接 有的電業(yè)部門(mén)規(guī)定 必須采用 4mm2的銅芯絕緣線(xiàn) 2 5 單片機(jī) ATMEGA16 介紹 Atmega16 是基于增強(qiáng)的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器 由于其先進(jìn) 的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間 Atmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 1MIPS MHz 從 而可以緩解系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾 2 5 1 主要性能 高性能 低功耗的 8 位 AVR 微處理器 先進(jìn)的 RISC 結(jié)構(gòu) 131 條指令 大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期 32 個(gè) 8 位通用工作寄存器 全靜態(tài)工作 工作于 16MHz 時(shí)性能高達(dá) 16MIPS 只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash 擦寫(xiě)壽命達(dá)到 10000 次 具有獨(dú)立鎖定位的可選 Boot 代碼區(qū) 通過(guò)片上 Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程 具 有真正的同時(shí)讀寫(xiě)操作 512 字節(jié)的 EEPROM 擦寫(xiě)壽命達(dá)到 100000 次 1K 字節(jié)的片內(nèi) SRAM 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 1414 頁(yè)頁(yè) 共共 5656 頁(yè)頁(yè) 可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)程序的加密 JTAG 接口 與 IEEE1149 1 標(biāo)準(zhǔn)兼容 符合 JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能 支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能 通過(guò) JTAG 接口實(shí)現(xiàn)對(duì) Flash EEPROM 熔絲位和鎖定位的編程 外設(shè)特點(diǎn) 兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 一個(gè)具有預(yù)分頻器 比較功能和捕捉功能的 16 位定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器 RTC 四通道 PWM 8 路 10 位 ADC 8 個(gè)單端通道 TQFP 封裝的 7 個(gè)差分通道 2 個(gè)具有可編程增 益 1x 10 x 200 x 的差分通道 面向字節(jié)的兩線(xiàn)接口 兩個(gè)可編程的串行 USART 可工作于主機(jī) 從機(jī)模式的 SPI 串行接口 具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器 片內(nèi)模擬比較器 特殊的處理器特點(diǎn) 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè) 片內(nèi)經(jīng)過(guò)標(biāo)定的 RC 振蕩器 片內(nèi) 片外中斷源 6 種睡眠模式 空閑模式 ADC 噪聲抑制模式 省電模式 掉電模式 Standby 模式和擴(kuò)展的 Standby 模式 I O 和封裝 32 個(gè)可編程的 I O 口 40 個(gè)引腳 PDIP 封裝 44 引腳 TQFP 封裝 和 44 引腳 MLF 封裝 工作電壓 Atmega16L 2 7 5 5V Atmega16 4 5 5 5V 速度等級(jí) 0 8MHz Atmega16L 0 16MHz Atmega16 Atmega16L 在 1MHz 3V 25 時(shí)的功耗 正常模式 1 1mA 空閑模式 0 35mA 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告用紙 第第 1515 頁(yè)頁(yè) 共共 5656 頁(yè)頁(yè) 掉電模式 1 A 2 5 2 功能特性描述 ATmega16 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和 32 個(gè)通用