011115101_赵云鹏_开题报告.pdf

上海工程技术大学 毕业设计 毕业论文 开题报告 任务实际进行日期自 2018 年 12 月 17 日起 至 2019 年 5 月 7 日止 学院机械与汽车工程学院 专业机械工程 班级学号011115101 学生赵云鹏 指导教师程武山 题目 低压开关柜的母排设计与研究 上海工程技术大学毕业设计 论文 低压开关柜母排设计与研究 1 1 课题背景及意义课题背景及意义 随着中国经济的不断发展 社会文明科技文明不断进步 智能电网中不可缺少的设 备 低压开关柜的研究在这样的背景下也越来越被重视起来 在国家大力发展电网改造 及 西电东送 超高压 特高压交直流输变电等重大工程建设项目带动下 低压压开 关柜市场需求量很大 同时也对其在智能化和可靠性方面提出了更高的要求 积极采用 运行可靠 技术先进 自动化程度高 占地小 维护少的设备和装置 是智能电网行业 的发展方向 也是现代科学技术发展的必然结果 处于 中国制造 2025 大环境下 我国正加大力度促使祖国建设的进步 努力把国 家建造成生产制造大国 在这个智能化时代 方方面面都需要电力的支持 低压开关柜 作为用户和电网进行沟通的智能化设备 重要性不言而喻 在我国 低压开关柜应用较 多地还是经典的 智能化不高的设备 这种柜体结构简单 需要人工操作的地方很多 已经阻碍了新型电网的发展 城市中各行各业对于电能的使用又是千姿百态 对于电力 的使用要求也越来越高 正因为这样 我国每年都有数百万台各种类型的用电设备投入 运行 但是与此同时用电事故也频繁发生 有些事设备自身故障 也有些是人为造成的 造成用电事故相应的要对设备进行抢修 但是由于中国低压设备普遍身形比较巨大 修 理操作过程中会很费时费力 智能电网在中国智慧城市建设中起到至关重要的作用 对 于低压开关柜的整体体型合理变小 所带来的影响是巨大的 目前 低压开关柜已被广泛应用于我国众多行业和领域中 而许多现代化企业也积 极引进了各种先进的技术和设备 借鉴国外相关工作的经验 在厉害的设备支持下 我 国低压开关设备的质量和生产效率都得到了增长 1 但是低压开关设备在使用过程中仍 然还是存在很多难点 具有很大的安全隐患 所以低压设备愈加智能化就显得极其关键 国家也极大促进这类设备智能化的进步 智能化程度逐步提高 其所使用技术及各零部件也发生了相应变化 对于低压设备 在市场上的大面积需求 多以对于低压开关柜来讲进一步优化提高就显得极其重要 在这样的背景下 我们将低压开关柜的整体体积进行缩小 不仅可以节省大量的空 间 而且可以更方便更智能的使用电能 这也意味着在现有的基础上 体积缩小的低压 开关柜内部相关零部件工作影响要将到一个标准且能准确稳定的正常工作 所以母排研 究设计就显得尤其重要 上海工程技术大学毕业设计 论文 低压开关柜母排设计与研究 2 2 文献综述文献综述 2 1 低压开关柜国内外研究动态低压开关柜国内外研究动态 目前 低压开关柜已被广泛应用于我国众多行业和领域中 而许多现代化企业也积 极引进了各种先进的技术和设备 借鉴国外相关工作的经验 在技术设备的支持下 我 国低压开关柜的质量和生产效率都得到了提升 但是 与发达国家相比 我国低压开关 柜的发展仍然相对落后 在其实际应用过程中依然存在短路的问题 短路故障可引发弧 光 严重时还会演变为母线障碍 造成重大的经济损失 因此 针对我国低压开关柜的 发展趋势及其发展过程中存在的问题 结合我国的实际情况寻找新的改进思路 以全面 提升低压开关柜的安全性和稳定性 缩短其与世界先进技术之间的距离 进入 20 世纪 9O 年代 国外各大公司在低压供电系统实现集中监控的基础上积极开 展智能化的低压开关和智能化的低压成套开关设备的研究 如今现场总线及工业以太网 技术的发展 现场总线 Profibus DP 和 AS Interface 技术的崛起 可通信电器的上市 给低压开关设备带来了革命性的变化 从低压电器元件到成套设备都实现了智能化 可 通信及网络化 智能型配电柜采用了智能型元器件 其主要特点足在传统开关柜基础上 利用了微电子技术 电力电子技术 计算机控制技术以及网络通讯等新科技 有较高的 可靠性 目前已经形成商品化进入市场 并逐渐推广使用 同时 在柜体的设计 加工 工艺方面也有较大的突破 表现在母线的异型化 塑料化板材成型的整体结构 多功能 的母线系统 母线系统是成套设备的重要组成部分 它决定了低压配电成套设备的电气 参数 进出线的方式 连接方式和柜体温升 国外产品的母线系统在 20 世纪 90 年代广 泛应用了异型截面的型材 例如 德国金钟默勒公司的 6000 系列的 C 型母线 英国 GEC ALSTHOM 公司的 H 型母线和西门子公司的 SIVACON 系列 汉森公司的产品都是采 用了异型母线 提高了母线的抗弯强度 抗短路强度的能力也随之提高 最近这些年 我国低压设备行业的发展势头强劲 低压开关柜的研究也受到国内外 企业的关注和欢迎 虽然都取得了一定的研究成效 但总体上 低压开关柜体积大 不 方便进行各类操作 精度不够高 占地面积大 导致各方面都要为其添加空间 因此 低压开关柜的生产技术有了很大的突破 无论是外形还是结构都有了很大的改进 我国 低压开关柜未来的发展方向大致体现在外形精致化 结构标准化 操控智能化及性能稳 定化几个方面 上海工程技术大学毕业设计 论文 低压开关柜母排设计与研究 3 2 2 低压开关柜母排设计低压开关柜母排设计 2 2 1 理论与实际的创新结合理论与实际的创新结合 国内外对于低压开关柜的形体都在努力将箱体进行缩小优化 但普遍存在的低压开 关设备还是形体巨大 这导致测试 操作及使用等方面出现随机性大 操作不方便 测 试效率低等问题 虽然有些企业已经推出一些相对箱体较小的低压开关柜 但是所收获 得效益确是很低 课题所研究设计的低压开关柜母排是三维设计技术进行优化 集智能 控制技术 分布式控制技术和现代测试技术为一体 开创了国内外低压电器行业内低压 开关柜母排理论研究和设计的创新 促进了低压开关柜的发展 对提高我国低压开关柜 的竞争力具有重要意义 2 2 2 低压开关柜的高设计性 高可靠性低压开关柜的高设计性 高可靠性 传统的低压开关柜 由于技术落后 形体巨大 操作不方便且占地面积巨大 稳定 性差 生产效率低下 这些都会导致低压电器产品质量参差不齐 甚至引发可怕的电力 事故 造成人员伤亡 对于低压开关柜母排的研究是推进低压开关柜的发展 使其变得 更加智能化 实现了机器完全取代人力 能有效地杜绝人为操作的随机性 高效地保证 低压开关柜的智能工作及实时反馈 为各行各业人员在电力使用中提供高智能性 高可 靠性及高安全性 2 2 3 节省空间 方便操作节省空间 方便操作 低压开关柜的母排设计与研究中 有效的母排设计可以为高低压开关柜箱体提供一 个良好的发展方向 现有的高低压开关柜普遍是箱体巨大 其箱体内部空间利用的非常 有限 大面积空间没有被完全利用且显得其非常笨重 有效的母排设计可以很好的节省 其空间 更加方便被人操作修理 2 2 4 时代方向 良好前景时代方向 良好前景 我国正面临着智能城市建设 智能电网大面积普及 但整体技术不够硬 成为我国 低压电器行业继续向前发展的最大瓶颈 据统计 国外优秀企业每年将低压电器产品总 销售额的 7 投入到新产品的研发上 而我国低压电器企业平均投入只占总销售额的 1 2 优秀企业也仅仅只有 3 随着我国智能电网的发展以及我国国民对于电能多 方面的要求 低压电器市场空前繁荣 低压开关柜等低压设备将迎来新的发展高峰 具 有良好的发展潜力 上海工程技术大学毕业设计 论文 低压开关柜母排设计与研究 4 2 3 方法汇总方法汇总 利用学习过得三维制图技术 电磁仿真技术 相关力学知识 电磁原理 线性回归 方程 Maxwell 方程组在磁场计算的应用 传感器技术等为低压开关柜体积整体缩小后 的母排设计研究奠定基础 从而使研究设计后的低压开关柜使用更加方便 修理更加便 捷 更加安全 更加可靠 更加有利于各种各样职业的需求 本课题是研究设计类型的课题 主要内容涉及硬件设计和相关软件应用设计 总体 上包括以下几个方面的工作 1 介绍了低压开关柜母排的技术要求 包括功能要求 工艺要求以及试品安装要 求 在此基础上 介绍了低压开开关柜的基本组成 2 低压开关柜母排结构设计主要是根据磁场影响强度 设计了低压开关柜三维结 构方案 根据其三维结构分别用相关仿真软件进行模拟分析 3 根据 ANSYS 及相关仿真软件模拟仿真软件对设计的母线排周围磁场进行仿真 并与实际测量数据进行比较 证明模型的合理性 4 对于实际测量三相母线通电时某一相母线测量点磁场强度 得到的实际数据 进行相关软件操作 从而得到母线室内磁场分布 然后可以根据磁场分布 可对磁传感 器安放位置进行优化 5 研究低压开关柜的干扰源 从内部干扰及外部干扰进行分析 断路器 隔离开 关在通断瞬间引起的电磁干扰 电网系统以及外部因素对其造成的干扰等进行分析 从 而可以进行抗干扰设计的方向 6 结合实际与仿真结果对于母线排进行合理的摆放位置优化 从而可以找到最佳 的磁传感器的测量位置 能使得测量反馈的结果更准确的呈现出来 3 研究内容和方法研究内容和方法 3 1 研究内容研究内容 本课题是研究设计类型的课题 主要内容涉及硬件设计和相关软件应用设计 总体 上包括以下几个方面的工作 1 介绍了低压开关柜母排的技术要求 包括功能要求 工艺要求以及试品安装要 求 在此基础上 介绍了低压开开关柜的基本组成 上海工程技术大学毕业设计 论文 低压开关柜母排设计与研究 5 2 低压开关柜母排结构设计主要是根据磁场影响强度 设计了低压开关柜三维结 构方案 根据其三维结构分别用相关仿真软件进行模拟分析 3 根据 ANSYS 模拟仿真软件对设计的母线排周围磁场进行仿真 并与实际测量数 据进行比较 证明模型的合理性 4 对于实际测量三相母线通电时某一相母线测量点磁场强度 得到的实际数据 进行相关软件操作 从而得到母线室内磁场分布 然后可以根据磁场分布 可对磁传感 器安放位置进行优化 5 研究低压开关柜的干扰源 从内部干扰及外部干扰进行分析 断路器 隔离开 关在通断瞬间引起的电磁干扰 电网系统以及外部因素对其造成的干扰等进行分析 从 而可以进行抗干扰设计的方向 6 结合实际与仿真结果对于母线排进行合理的摆放位置优化 从而可以找到最佳 的磁传感器的测量位置 能使得测量反馈的结果更准确的呈现出来 3 2 研究方法研究方法 在设计初期 需要查阅相关资料 对低压开关柜母排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 合理对母排进行安排布置使 变小的低压 开关柜 适应不同的工作环境 母排应该添加高强的抗干扰的设计 以达到高精度 高 可靠性的目的 对于母排的空间结构 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 根据需要不断调整其空间排布 最终达到理想的工作效果 根据电磁学 力学等原理分析了母线排工作原理并建立了三维模型 根据电磁干扰 问题 低压开关柜内部存在强弱电系统 强电的电磁干扰会对弱电系统产生干扰 磁传 感器测量的电流信号在传送至嵌入式系统过程中也可能会被内部电磁干扰 对于弱电系 统的电磁干扰问题 从母排设计 弱电系统走线等方面对抑制电磁干扰进行设计 最大 程度上保证系统的正常工作 这对于磁传感器以及各种智能电器 自动化仪表在低压开 关柜中实际应用具有重要意义 低压开关柜内部进行模拟仿真分析 由于低压开关柜工作环境长期处于低压 高电 流 强磁场的复杂工况下 这会对磁传感器的正常工作造成很大的影响 利用 ANSYS 对低压开关柜内部母排等磁场进行电磁仿真 确保磁传感器正常稳定运行 上海工程技术大学毕业设计 论文 低压开关柜母排设计与研究 6 4 技术路线技术路线 1 收集和整理有关低压开关柜母排设计的资料 了解母排的设计理念以及设计要求 2 低压开关柜母排机构研究 制定总体方案 3 对低压开关柜母拍的设计进行可行性分析 4 运用三维软件及相关仿真软件进行数据分析 5 预期成果预期成果 1 完成低压开关柜母排设计 2 完成低压开关柜母排的磁场仿真及受力分析 3 完成低压开关柜母排设计的总结报告 6 进度安排进度安排 1 第 1 4 周 文献检索 资料收集 整理有关低压开关柜母排设计的资料 写出 开题报告 完成外文资料翻译 2 第 5 8 周 设计方案讨论 设计方案确定 进行设计计算 3 第 9 12 周 进行低压开关柜母排磁场仿真及受力分析 4 第 13 14 周 整理相关数据及仿真图纸进行分析总结 5 第 15 16 周 撰写论文 参考文献参考文献 1 刘琦琳 智能电网的现实意义 J 互联网周刊 2008 4 2 高涛 邓玲 智能电网及其国内外发展概述 J 东北电力技术 2012 02 3 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 4 张文亮 刘壮志等 智能电网的研究进展及发展趋势 J 电网技术 2009 13 7 1 11 5 洪昆评 低压开关柜中几种母排搭接方式的比较 J 低压电器 1997 01 33 34 6 陈黔宁 母排与金属封板空间距离不足引起短路事故 J 电世界 2014 55 11 34 35 上海工程技术大学毕业设计 论文 低压开关柜母排设计与研究 7 7 郑纯 基于动稳定校验的低压开关柜母线的设计 J 机电工程技术 2006 07 89 91 8 郭龙 低压柜结构设计分析 J 山东工业技术 2018 07 31 9 涂红湘 中国智能电网技术发展现状及趋势 J 企业技术开发 2012 31 18 12 16 10 生产安全标准低压开关设备安全要求 J 铁道工程学报 1988 S1 28 29 11 陈述职 智能型低压开关柜及其发展趋势 J 电世界 1999 40 04 6 7 12 陈功府 浅析低压开关柜的发展趋势与改进思路 J 科技与创新 2016 12 52