35kV真空开关永磁机构操作控制器的设计与实现-开题报告

-1-开题报告1毕业设计的主要内容、重点及难点研究内容随着社会经济的高速发展和人民生活水平的显著提高，社会对电力的需求越来越大，对供电质量的要求也越来越高。2009年，国家电网公司提出我国建设坚强智能电网的发展规划，到2020年我国将全面建成统一的坚强智能电网，技术和装备达到国际先进水平。建设智能电网不仅能将电能整合，合理分配，改善供电质量，还能实现电网可靠、安全、高效、环境友好和使用安全的目标。真空断路器因其灭弧介质灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空而得名，其具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及。永磁机构是为了保证电力系统的安全运行，作为控制、保护元件的中压断路器必须能切断额定电流，开断关合短路电流，开合各种空载和负荷电路。为了完成这些任务，中压断路器必须能及时可靠地分合动静触头，这要借助于操作机构来完成。因此，操作机构的工作性能和质量优劣，直接决定了中压断路器的工作性能和可靠性。近年来，伴随着电力电子技术的发展出现了一种新型的操作机构。它采用了一种全新的工作原理和结构，工作时主要运动部件只有一个，具有较高的可靠性，因此备受关注。本课题的研究内容主要有以下几个方面：(1)研究真空断路器所配永磁操动机构的原理、特点、结构及其驱动方式。(2)对机构的分合闸操作所涉及到的控制电路优化设计的方法；(3)设计并实现电子式永磁机构控制器，包括分合闸、充电回路、手动及远动控制等功能；(4)通过分析确定操动机构控制器的设计的方案；(5)通过仿真或试验验证方案的可行性，制作控制器样机并给出初步的试验结果。研究重点及难点重点：(1)了解35kV真空断路器永磁操动机构的机构的特点及工作原理；(2)设计永磁机构控制系统的电容充电控制环节；(3)通过控制器实现对断路器的智能化操作；(4)扩展远动通信功能。难点：（1）如何合理单片机程序，确保控制器智能化操作时保证对信号采集准确无误；（2）作为给电容器充电的电源，必须考虑到电容器的耐压及分合闸操作时所需的电源电压；-2-（3）为了防止电磁的干扰引起的误动作，设计电路时要考虑到电源的电磁兼容性；（4）要注意强电与弱电隔离模块的设计；2准备情况（查阅过的文献资料及调研情况、现有设备、实验条件等）-3-研究背景及发展趋势（1）研究背景真空断路器在中压配电领域得到了广泛的发展并逐渐取得支配地位。永磁操作机构采用一种全新的智能选相真空开关结构。这种结构工作时主要运动部件只有一个，无需机械脱、锁扣装置，故障源少，可靠性较高，且使用寿命长，一般达十万次以上，同时控制分合闸相位，实现同步控制，从而减少过电压和涌流对系统的冲击，减少系统保护的投入，提高系统整体寿命。永磁机构通过电解电容储能，对电源容量的需求像弹簧机构一样，控制器通过现代电源技术的处理，用极高的效率，灵活的将外部不同高低、不同性质的电源，变换为设定的单一电源，使之适应同一种永磁机构。而不需要用不同的机构线圈去适应不同的电源，便于现代化的生产，便于调试的一致性。它突破了传统操动机构的原理，在技术上有了很大的创新，其具有显著地技术特点和先进性，永磁机构真空断路器将在今后中高压设备领域内越来越占有重要地位。（2）发展趋势在中压开关领域围绕永磁操动技术的研究开始于20世纪80年代末。欧洲以英国及德国为代表。1992年英国曼彻斯特大学系统与能量组为GEC公司设计了一台永磁操动机构模型。1992年前后永磁操动技术开始在英国工业应用。由于永磁操作技术的显著特点，以及在国外已形成的开发热点，国内一些短路器生产厂家和科研所也把目光投到了永磁机构的研制上。永磁机构以零部件数量少，可靠性高等优点吸收了越来越多目光的关注。国内很快就开发出了具有自主版权的VSm型永磁机构真空断路器。该断路器具有零部件少，结构简单，可靠性高，寿命长的，免维护等特点。并成功的解决了真空短路器的环境耐温问题。研究意义永磁操动机构作为一种新型的操动机构，具有零部件数量少、可靠性高、免维护等传统断路器操动机构所无法比拟的优点，受到了世界各国的普遍关注。近年来，人们对电力的需求不断提高，电网的电压等级和传输规模也在不断的提高。断路器由于其特殊的性能在电力系统中也发挥着非常重要的作用。在配电和供电系统中，由于断路器的使用量大面广，操作频繁，对于断路器的可靠性和免维护性有着很高的要求。因此,断路器扮演一个极其重要的角色。主要参考文献1徐建源,孙建军,林莘等.单稳态永磁操动机构的智能、能控制装置J电气时代，2006，5:51-53-4-2李鹏真空永磁断路器智能控制器的设计与实现(D).北京：北京交通大学,2010.3Dullni,E.Avacuumcircuit-breakerwithpermanentmagneticactuatorforfrequentoperations.DischargesandElectricalInsulationinVacuum,ProceedingsISDEIV.XVIIIthInternationalSymposiumon,1998,2:688-691.4张静,孙建军.一种单稳态永磁操动机构的智能控制装置的研制J.华通技术,2007,3:19-23.5钱家骊,徐国政,窦晓峰.中压断路器用永磁机构中线圈不同布置的分析J.高压电器,2000,02:25-28.6孙逸.基于永磁机构的10KV智能器控制设计(D).南京：南京理工大学，2014.7刘大鹏.永磁操动机构智能控制系统研制(D).武汉：华中科技大学，2007.8杨亭.真空开关永磁机构微机驱动智能控制系统(D).长沙：中南大学，2005.9薛玉善.永磁操动机构控制器的研制(D).沈阳：沈阳工业大学，2004.10高丽.真空断路器永磁机构设计和中压开关智能化(D).北京：华北电力大学，2004.11方雨菡永磁真空断路器的智能控制(D).成都：西南交通大学,2013.现有设备和实验条件计算机一台，示波器，单片机开发系统等。3、实施方案、进度实施计划及预期提交的毕业设计资料-5-实施方案：本课题分模块设计，控制器主要由单片机控制模块，由电源模块，电容充电回路模块，电容器组模块，电容器电压检测模块，分合闸线圈模块，分合闸位移检测模块，显示模块，手动模块，远动控制信息模块，线圈驱动模块等组成。强弱电模块间要进行光电隔离。通过单片机逻辑模块输出正确的操作指令，从而控制分合闸操作。此次系统控制采用MOSFET和可控硅，控制器通过控制可控硅实现控制储能电容器对操动机构分合闸线圈放电的控制，以完成对断路器的分合闸操作。系统结构框图如图1：图1系统结构框图进度实施计划：第一阶段（2015-12-30至2016-01-13）：分析毕业设计题目，阅读理解任务书内容，确定实施计划方案。第二阶段（2016-01-14至2016-03-05）：查阅相关文献和资料，了解真空开关永磁机构原理并画出原理结构框图，提交毕业设计开题报告，并翻译4万字外文文献。第三阶段（2016-03-06至2016-04-15）：确定可实行方案。设计电路，画PCB图，做出样机电路板。提交PCB图源文件一份。第四阶段（2016-04-16至2016-05-01）：调试硬件，设计程序。软件编程并与硬件进行调试，完成制作的模拟样机。第五阶段（2016-05-02至2016-05-19）：撰写并完善毕业设计论文。预期提交的毕业设计资料1、撰写两万字以上的毕业设计说明书（兼附15篇以上的参考文献）；在毕业设计说明书中应包括300500个单词的英文摘要及关键词；2、完成与课题相关英文资料的翻译（约四万