低压开关柜磁场测量和柜体设计【含CAD图纸、说明书、SW三维】
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含CAD图纸、说明书、SW三维
设计【含CAD图纸
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毕业设计（毕业论文）开题报告学 院机械与汽车工程学院专 业班级学号学 生指导教师 题 目低压开关柜磁场测量和柜体设计任务实际进行日期 自 日止 低压开关柜磁场测量和柜体设计1 课题背景及意义高低压开关设备主要用于发电厂、系统变电站、中小型发电机送电、工矿企事业配电、电力系统二次变电所的受送电及大型高压电机启动等，用于控制、保护、监测之用。在目前高低压成套开关设备工程设计中，由于用户范围大，用户对开关柜的要求更高更复杂，且地方性差异大，因此接线方案类型繁多，元器件选型标准化程度不高，给工程管理、设计造成了较大麻烦，影响到工程设计效率及整个产品交付计划。除此之外还有个问题就是高压开关柜体积大，使用材料较多，并且由于其重量及占地面积大而引起使用单位在运输和安装上非常不方便，所以减小开关柜的体积就变得十分有必要。2 文献综述2.1 国外高压开关柜的技术水平主开关元件无油化高压开关柜根据柜内主开关元件的不同可分为通用型高压开关柜 (主开关元件为断路器, 即断路器柜)，F一C 柜 (高压限流熔断器十高压接触器 )及环网柜(高压负荷开关 + 高压限流熔断器 )。断路器柜内可配置少油断路器、真空断路器或S凡断路器。占主导地位几十年的少油断路因存在电寿命短、维修频繁和易燃易爆的缺陷, 已趋于淘汰。而无油化断路器尤其是真空断路器已占主导地位。国外厂家生产的高压开关柜选用高可靠性的一次电器元件,如免维护小型断路器、长寿命断路器组件、小型高可靠性的隔离开关和接地开关。2.2性能逐步提高近几年来,高压开关柜技术发展很快,性能逐步提高。主要体现在技术参数和寿命的逐步提高,体积减小,故障率降低。2.2.1容量西门子、ABB、美国通用电气(GE)、西屋公司等国外厂家的产品,最大容量指标为:12kV柜:额定电流5XX)A,额定短路开断电流63kA。36(叨.5)kV柜:额定电流25X()八,额定短路开断电流粼IA。西门子公司8B4K0型开关柜,带抽出式断路器,额定电压1.75kV,额定电流SJI)A,额定开断电流63kA。ABB公司253.2型36kV开关柜,额定电流2500A,额定开断电流40kA。又如西门子公司8B4K1型移开式发电机组真空开关柜,额定电流可达到2500A,额定短路开断电流80kA。2.2.2开关柜机械寿命美国GE公司PV型额定电压12kV、额定电流3XX)A、额定开断电流48kA的双层真空开关柜,机械寿命为4万次,满容量开断电流次数可达60次。荷兰Hole。公司12kVU4T柜配用NVU12真空断路器手车,机械寿命为3万次,短路开断电流次数达100次。2.2.3体积减小ABB、AEG(德国通用电力公司)、GE、日本三菱、富士等公司12一17.skV断路器柜宽仅570一700mm。2.2.4故障率降低 可靠性的提高特别是以真空开关柜尤为突出。2.3 结构特点2.3.1组装式结构高压开关柜的柜体结构经历了从焊装式到组装式的变迁。开关柜体均以金属板或敷铝锌板以CNC机床加工折弯成形,再用螺栓、螺母或拉铆螺母组装而成,具有加工精度高、变形量小、互换性好等特点。2.3.2绝缘选用优质阻燃性绝缘材料,应用复合绝缘技术,将母排用固体绝缘材料封闭起来。良好的绝缘可防潮、防尘,减少运行故障。2.3.3内部故障 电弧防护开关柜的主开关室、母线室、电缆室均在顶部设置压释放通道。在发生内部电弧故障时,自动打开压力释放金属板,排泄压力和气体,以确保设备和人身安全。开关柜的门和隔板均采用高强度密封,可以保证在发生内部电弧故障时不会喷射危及相邻开关柜和运行人员安全的电弧及气体。2.4 智能化智能化开关柜是新一代的机电一体化产品,它是在高压开关柜上配置智能型保护控制单元。保护控制单元是利用计算机技术、数字处理技术、传感器技术、网络通信技术而构成的集控制、保护、测量和通信于一体的装置。2.5 充气拒异军突起1982年西门子公司率先推出充气柜SDA10(单母线柜)和SDB10(双母线柜)后,世界各大电器制造公司纷纷仿效,开发出自己的产品。20世纪90年代以来,国外有实力的公司都开发出了自己的高压开关柜“精品”,它们的共同特点是:提高绝缘,改变开关柜的结构,高可靠性。如日本三菱公司的MA一EC型落地式手车柜,荷兰Hdec公司的UinotleUN4型落地式柜。德国西门子公司在推出.72一36kV的8BK20系列中置柜后,近年又推出了NXAIR型结构和性能更先进的断路器组件式开关柜。ABB公司除推出251型中置柜外,同时还推出了25.32、258.1、25.82等型结构先进、可靠性更高的恺装式开关柜和箱式开关柜。法国S山neider电气公司制造的Moet恺装式开关柜、GEClAstham公司的VISAX型开关柜,设计独具特色,结构非常简单,是性能优良、可靠性高的智能型高压开关柜。美国GE公司PV型双层恺装式断路器柜,日本研制的四层断路器柜已投放市场。在中置式开关柜类型中,AEG萨克森的AHA型、lAston的IPD型、东芝公司VE型、富士公司VC型都具有结构紧凑、性能可靠、长寿命和操作安全的特点,不失为开关柜中的“精品”2.6 我国高压开关柜行业现状与技术水平从20世纪60年代末期起,我国高压开关行业开始自行设计高压开关柜。自80年代以来,随着引进消化国外产品,技术水平迅速提高,品种也迅速增加到几十种,有间隔式、恺装式、箱式等开关柜;有可移开式,也有固定式;在移开式产品中,不仅有落地式,也开发了中置式和双层柜。同时还开发出在特殊场所,如铁路、矿山使用的开关柜。我国高压开关柜的技术水平可归纳为:(l)产品容量增大。12kV柜:额定电流4000A,额定短路开断电流63kA。4.05kV柜:额定电流25000A,额定短路开断电流31.skA。(2)产品品种齐全,能满足严酷条件、高寒、地震地区和矿山、铁路部门使用。(3)应用新工艺装备和技术。已有数百家企业拥有数控加工设备“三大件”,在此基础上的柔性加工系统,提高了壳体尺寸精度和生产效率。采用较先进的涂装工艺装备,喷漆生产线和喷粉工艺线使产品防护能力和外观都有较大提高。同时具有专用的母线加工设备。国内高压开关柜已逐步淘汰少油断路器,采用新型真空或SF6断路器,其中ZN28、ZN12、ZN60、ZN63A、ZN65、ZN67、VSI等真空断路器性能可靠而应用范围较广。3 研究内容和方法3.1 研究内容本课题是研究开发类型的课题，主要内容涉及传感器的搜集及柜体的3D建模等。以满足相关国家标准、行业标准、 国家电网公司或南方电网公司正式发布的设计规范或要求及设备运行条件的基本要求为原则，同时尽量做到以下几方面。1.一次主接线系统方案设计根据国家标准和国网统一要求，参考典型设计方案。 2.柜体结构尺寸根据国网要求统一化、系列化。3.元件选型根据相关国家标准和国网要求基本统一化。4.整体技术参数条件设计根据相关国家标准和国网统一要求。5.取消地方差异化要求。6.二次原理图设计按国网典型设计要求执行。3.2 研究方法在设计前期，需要查阅相关资料，对各种传感器的工作原理和特性进行深入分析，了解其对工作环境的要求。在此基础上，合理对传感器进行安排布置以适应不同尺寸的器件。执行机构应增加闭环反馈的设计，以达到高精度、高可靠性的目的。对于检测部件，要根据其相关特性进行合理排布，并通过实验来检测其工作特性，根据需要不断调整各部件的位置和间距，最终达到理想的工作效果。根据大电流发生器的原理，利用稳流控制器、电控调压器、变 压器和电流互感器设计一个强电稳流闭环控制系统；该电流系统为断路器提供三倍测试电流，可以缩短断路器的测试时间，提高系统的测试效率。基于 CLIPS 软件设计了塑壳断路器测试系统的专家系统，主要包括强电参数调整、测试时间调整、机构角度调整和电机参数调整。专家系统的引入使测试系统具有智能化，测试结果更为精确。采用用户分权管理思想设计了上位机 WINCC 监控软件，采用模块式设计思想设计了下位机 PLC 控制软件，实现了测试调整过程的实时监控和控制。4 技术路线（1）收集和查阅有关低压开关柜的特点和性能资料，编写开题报告；（2）制定低压开关柜磁场测量和柜体设计方案；（3）寻找体积较小，性能稳定的传感器，从而减小柜体的体积；（4）绘制低压开关柜电气图；（5）撰写毕业论文。5 预期成果1.完成开关柜的3D建模2.发现并利用体积更小的传感器。3.完成整体设计。6 进度安排1.第14周：文献检索，资料收集，写出开题报告，完成外文资料翻译。2.第58周：设计方案讨论，设计方案确定，进行设计计算。3.第912周：高压开关柜柜体结构图。4.第1314周：对GMR传感器特性分析，进行相应传感器实验5.第1516周：撰写论文。参考文献1 陈妍.微波辅助斯托纳粒子磁矩动力学研究D. 苏州:苏州大学, 2016. 2 涂有瑞.半导体磁场传感器的过去和未来J. 传感器世界,2003 (03):45-46. 3 王云彩.高温压力传感器的研制D. 天津:河北工业大学,2007. 4 谢医华.多晶硅压力传感器的开发技术研究D. 广州:暨南大学,2004.5 吴普新.广西柳州 500kV岩沙线下的加红小学电磁环境改善研究D. 重庆:重庆大学,2009. 6 许莎.母线设备多物理场耦合研究及应用D. 上海:上海交通大学,2007. 7 宁慧英.高压开关柜中三维电场的计算与分析D. 辽宁:沈阳工业大学,2007. 8 王微波.故障录波数据中的故障信息提取与分析D.北京:华北电力大学（北京）,2007. 9 高升.智能高压开关柜在线监测系统的研究与开发D. 上海:上海工程技术大学,2013. 10 张卫东.我国低压成套开关设备和控制设备的现状与发展J. 电器与能效管理技术,2002(1):3-8.11 RADHAKRISHNAN R, KALKSTEIN E W. Design development and application of smart fusesJ. IEEE Transactions on Industry Applications, 2011,36(1):164-169. 12 李东昇,程武山.基于 TMR 磁传感器的电力系统大电流测量J. 传感器与微系统,2013,12:131-134+141. 13 程武山.低压电器智能测试技术研究J. 低压电器,2010,X(21):41-45.14 Meng Y P,Jia S L,Rong M Z.Mechanical condition moni-toring of vacuum circuit breakers using artificial neural net-workJ. IEICE Trans. on Electronics, 2005(8):1652-1658. 15 杨志福.MNS3.0低压开关柜应用于核电项目的结构设计J. 木工机床,2016(01):15-17.16 钱政.巨磁电阻效应的研究与应用J. 传感技术学报,2003,16(4): 516-520.17 王昕,王静怡.隧道磁电阻技术在电力系统传感测量中的应用J. 科技传播,2014(4):196-197.18 曾必强,姜春兰,李明,等.侵彻弹斜侵彻多层介质的三维数值仿真J. 弹道学报,2008,20(2).19 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.
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