高压断路器触头电磨损在线检测系统的研究.doc

桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 1 1 页页 共共 2 2 页页 摘 要 随着电力系统自动化的迅速发展和供电可靠性的要求日益提高 特别是目前电力 部门正大力推行的变电站综合自动化 对高压断路器的可靠性提出了更高的要求 为 了适应这种要求 需要构建高压断路器在线监测系统机制 实时的在线监测和故障诊 断可以及时发现故障 从而提高其运行可靠性 延长设备的维修保养周期 提高设备 的利用率 提高供电可靠性 减少维修保养费用 因而具有重要的经济意义 所谓的在线监测 也可以称为状态监测 就是通过传感器装置来监视正在运行中 的设备的工作状态 对其健康水平作出评估或诊断 并根据不同的状态识别设备的优 劣和故障的原因 性质及部位等信息 并且根据反馈回来的信息 决定维修计划 状 态监测在一些先进国家 已经得到了很好的发展 近年来 我国也开始了对状态监测 技术进行了研究 并取得了一些成果 这对发展我国的电力系统智能化提供了基础 根据电力系统设备的检修体制分析 状态检修体制占据越来越重要的地位 本文 对高压断路器触头电磨损在线监测系统进行了研究 并设计了试验样机论证 该样机 装置采用廉价的 AVR 单片机作为中心处理器 其特点是速度高 功耗低和较高的保密 性 整个装置的工作流程为 在高压断路器附近 一米之内 安装一近场天线 利用 在断路器触头分离的击穿过程中周围的空间产生较强的电磁辐射信号去响应处理器的 中断 进行相应数据的采集与处理 最终计算出断路器一次开断过程的磨损量 在此 基础上进行累计并与总磨损量进行比较 最后给出相应的显示信息或报警信号 试验 结果表明该系统装置具有较好的工作稳定性和可靠性 基本完成了毕业设计任务要求 和技术指标 关键词 高压断路器 电磨损 在线检测 Atmega16 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 2 2 页页 共共 2 2 页页 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 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 3 3 页页 共共 2 2 页页 目 录 引言 1 1 1 绪论 2 1 1 课题背景 2 1 2 课题研究的目的和意义 3 1 3 设计的主要任务 4 2 2 系统方案与主要系统方案与主要器件介绍 4 2 1 系统方案选择 4 2 2 控制方案设计 5 2 3 高压断路器介绍 5 2 3 1 真空断路器的分类与用途 5 2 3 2 真空断路器的基本结构 6 2 3 3 真空断路器的性能指标 7 2 3 4 真空断路器的发展 8 2 4 电流互感器介绍 9 2 4 1 电流互感器的原理与用途 9 2 4 2 电流互感器的性能指标 10 2 4 3 电流互感器的选择 11 2 4 4 电流互感器使用注意事项 12 2 5 单片机 ATMEGA16 介绍 13 2 5 1 主要性能 13 2 5 2 功能特性描述 14 2 5 3 Atmega16 引脚排列及说明 15 3 硬件部分设计 16 3 1 控制器及显示报警部分硬件设计 16 3 1 1 M16 控制器硬件电路设计 16 3 1 2 显示部分硬件设计 17 3 1 3 报警部分硬件设计 18 3 2 数据采集部分硬件设计 18 3 2 1 I V 变换电路设计 18 3 2 2 电压跟随电路设计 18 3 2 3 整流滤波部分电路设计 19 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 2 2 页页 共共 2 2 页页 3 3 天线信号部分硬件设计 20 3 3 1 稳压部分电路设计 20 3 3 2 电压跟随电路设计 21 3 3 3 中断触发电路设计 21 4 软件部分设计 21 4 1 数据采集程序设计 21 4 1 1 中断及 ADC 程序初始化 22 4 1 2 ADC 程序设计 26 4 1 3 中断程序设计 27 4 2 显示模块程序设计 28 4 2 1 LCD12864 初始化 28 4 2 2 LCD12864 显示程序设计 31 4 2 3 连接接口说明 32 4 3 4X4 键盘程序设计 33 4 3 1 4X4 键盘程序设计 33 4 3 2 连接接口说明 34 5 硬件制作及系统调试 34 5 1 硬件的制作 34 5 2 硬件的调试 35 5 3 软件的调试 36 6 结论 36 谢 辞 37 参考文献 38 附 录 1 39 附 录 2 41 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 3 3 页页 共共 2 2 页页 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 1 1 页页 共共 5656 页页 引言 高压断路器是电力系统中最重要的控制和保护设备 它的功能是接通和断开正常工 作电流 过负荷电流和故障电流 它是开关设备中最为完善的一种 电力系统自动化 的迅速发展和供电可靠性的日益提高 特别是目前电力部门正大力推行的变电站综合 自动化 对高压断路器的可靠性提出了更高的要求 为了适应这种要求 需要构建高 压断路器综合监控系统 该综合监控系统的根本任务是了解和掌握断路器的运行状态 为断路器的故障诊断 性能评估 合理使用和安全工作提供信息和准备基础数据 因 此 高压断路器综合监控系统应实现以下基本目标 1 对反映高压断路器运行状态的有关参量进行连续长期的监测 2 对高压断路器的相关运行参量进行显示和记录 3 建立起高压断路器的状态数据库 对断路器实施质量统计和管理 4 具备一定通讯功能 能适应综合自动化或无人值守变电站的要求 5 具备自检和报警功能 6 具有较好的抗干扰能力和必要的监测灵敏度 7 监测结果有较好的可靠性和重复性 8 监控系统的投入和使用应不改变和影响断路器的正常运行 9 具有较好的技术经济指标 10 应用各种数据处理和信号分析的方法 综合考虑各种因素 如运行历史 环 境因素等 对高压断路器的运行状态作出准确的评估 在我国同传统的油断路器相比 真空断路器是近 30 年来快速发展起来的一种新型 电器 它具有许多优点 如不燃爆 不污染 免检期长 可频繁操作 较小的触头间 隙 体积小重量轻 电弧不外露 寿命长等一系列优点 它正逐步取代传统的少油断 路器而成为中压配电系统的主要开关设备 随着真空断路器技术的快速发展 真空断 路器在中高压配电系统中应用越来越广泛 因此 对真空断路器的监测也成为了电力 系统中重要的组成部 而随着电力系统设备由定期检修向状态检修机制的转变 对真 空断路器电寿命的在线监测也变得非常重要 通过实时监测 得出其剩余电寿命 并 给出一定的报警信号 维护人员即可进行及时的处理 从而避免重大事故的发生 本文根据真空断路器相关技术的发展与研究 提出了一套真空断路器触头电磨损 电寿命 在线检测的方法 该法根据开断电流加权累计法并综合考虑燃弧时间的影 响 能够比较准确的计算真空断路器的电寿命 及时反映真空断路器的运行状态 给 工作人员检修带来了很多的方便 也能够有效地避免一些重大事故的发生 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 2 2 页页 共共 5656 页页 1 绪论 1 1 课题背景 现代高压电气设备是以高性能 智能化 免维修为发展趋势 电气设备从现行的 计划检修向状态检修转变已成为必然趋势 高压断路器是电力系统中重要且数量巨大 的电气设备 断路器发生故障造成的损失 远远超出断路器本身的价值 为了提高断 路器工作的可靠性 必须采取相关措施 防患于未然 建立高压断路器的状态检修环 节 可以预测故障先兆 克服定期检修的盲目性 同时也为制造出智能型的免维修断 路器摸索和积累了资料 真空断路器在中国运行有近 30 年的历史 真空断路器的开发有两次大的技术飞跃 一次是 20 世纪 70 年代 出现了中国第一代真空断路器 它采用的是阿基米德螺旋 槽的触头结构 触头材料为铜铋银及铜铋铝两大类 受其材料性能限制 开断能力只 能达到 20 kA 另一次是 20 世纪 80 年代初期 在杯形触头上刻槽 使其在开断时产生 横向磁场 让电弧在触头上旋转 减少触头烧损 提高触头寿命 同时触头材料上研 制了铜铋锑 铜铋铝及铜铬材料等 使其断路器在电寿命 机械寿命等方面有了较大 的飞跃 在其 20 世纪 80 年代中后期 由北京开关厂引进德国西门子 3AF 广州南洋电 器厂引进日本东芝公司 VK10J 比利时 EIB 公司 VB5 及其 ABB 公司 VD4 等为代表 采用 在杯状圆盘触头上刻槽 在开断时产生纵向磁场 使电弧呈扩散性 最大限度地减少 烧损 触头材料全都采用铜铬 CuCr 新材料 此种触头材料具有很低的截流值 一 般仅为 3 5 A 因此在感性电路中能限制其操作过电压产生 开断容性负载重击穿几 乎不发生 弧后工频耐压基本不降低 克服了真空开关在 20 世纪 70 年代及 20 世纪 80 年代初的三大缺陷 开断故障电弧后工频耐压特别低 开断容性负载经常发 生重击穿现象 在感性电路中其操作过电压特别高 这样在国内掀起了真空开关 热 生产真空断路器的厂家目前已突破 350 家 真空断路器型号已达 50 多种 可称位 居世界之首 随着真空断路器在电力系统中应用越来越广泛 对真空断路器的检修成为了电力 系统检修体系的重要环节 当今世界的电力设备检修制度基本上有两种 即定期检修 制度和状态检修制度 前者以时间周期为标准 其主要缺点是检修具有一定的盲目性 而后者以设备的实际运行状态为标准 其主要的优点是可以克服检修的过剩与不足 减少浪费 提高效率 随着电力生产体制的改革以及故障诊断等相关技术的进步和普 及 在我国电力系统推行状态检修势在必行 而在线监测作为状态检修的一种形式 在电力系统中也越来越受欢迎 所谓在线 监测 是指对运行设备的状态量进行不间断的监测 将采集到的信号量进行加工处理 使之成为有用的信息 通过对信号识别来判断出设备故障和异常部位 原因和程度 预测设备故障或异常可能发展的速度和后果 定出维修计划和项目 在线监测可以减 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 3 3 页页 共共 5656 页页 少高压开关维护的劳动量和成本 1 2 课题研究的目的和意义 高压断路器 是开关电器中最为关键的一种电气设备 是作为绝缘和灭魂的装置 是发电厂和变电所配电装置中必不可少的设备 正常运行时 用来进行倒换运行方式 把设备或线路接入电路或退出运行 起着控制作用 当设备和线路发生故障时能快速 切除 保证无故障部分正常运行 起保护作用 高压断路器在电力系统中肩负着控制 和保护双重任务 其状态的好坏直接影响着电力系统的安全运行 电力系统中 高压断路器数量多 检修量大 费用高 有关统计表明 变电站维 护费用的一半是用在高压断路器上 而其中 60 又是用于断路器的小修和例行检修上 据统计 10 的断路器故障时由于不正确的检修所致 断路器的大修完全解体 既费 时间 费用也高 而且解体和重装会引起很多新的缺陷 在目前相对保守的计划检修 中 检修缺乏一定的针对性 因此 及时了解断路器的工作状态 缺陷的部位 减少 过早或不必要的停电试验和检修 减少维护工作量 降低维修费用 提高检修的针对 性 可显著提高电力系统可靠性和经济性 高压断路器在线监测为实现由计划检修到状态检修的转变创造了条件 长期以来 的计划检修 盲目解体拆卸 浪费了大量的人力物力和财力 同时也造成了停电损失 和设备寿命的降低 目前 电力系统专业技术人才正致力于高压断路器由计划检修到 状态检修的转变 不再以投入年限和动作次数为衡量标准 而是以设备的实际状态为 维修依据 电力设备的检修要实现这种转变 在线监测势在必行 高压断路器的电气性能是通过其机械特性来保证的 对高压断路器的运行状态实 施在线测量 主要包括合 分闸操作机械特性的测量 能及时了解其工作情况 实现 从预防维修到状态检修的转变 对提高其运行可靠性 保障电力系统安全十分重要 高压断路器作为电力输配电系统中应用最为普遍的电器设备 对其进行状态监测与故 障诊断 是对断路器状态预知的基础 也是提高供 配电可靠性的必由之路 此外 高压断路器机械特性在线监测技术的发展 将推动智能化断路器的进程 将来 智能化断路器将是一个发展趋势 高压断路器机械特性在线监测也是故障诊断 技术发展的前提 所以真空断路器机械特性在线监测技术的意义重大 综上所述 课题的目的和意义在于 1 提高电力系统供电配电的可靠性 2 减少检修次数以及检修过程中人为事故的发生 3 为高压断路器由计划检修到状态检修创造条件 4 最大化地节省不必要的检修开支 5 延长高压电器的工作寿命 6 为智能化高压断路器的研制做前导工作 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 4 4 页页 共共 5656 页页 推进电器的智能化发展 1 3 设计的主要任务 本文通过科技论文 技术资料的检索 与对电气设备在线监测与维修体制的应用 和发展现状的调研 深入了解在线监测的基本原理和意义 了解和掌握真空断路器工 作和运行条件 掌握影响真空断路器工作性能的特征参数 分析和综述真空断路器触 头系统电寿命监测的常用方法 包括离线和在线监测 通过分析确定一种电寿命 电 磨损 在线监测的方案 并制定技术路线 通过仿真或试验验证方案的可行性 最终 制作高压断路器电磨损在线监测装置样机 2 系统方案与主要器件介绍 总系统方案是一个设计的灵魂 每一个设计首要任务是进行方案的论证和选择 每个设计可以有多种实施方案 在对各种方案进行论证比较之后 选择最合理的实施 方案进行系统设计 力求系统的最优化设计 本章将介绍系统的控制方案与主要器件 2 1 系统方案选择 对于真空断路器来说 影响电寿命的主要因素是断路器开断电流时由于电弧作用 而产生的电磨损 目前普遍采用的监测方法是基于断路器的电寿命曲线 N Ib 的 开断电流加权累计法 一般来说 电寿命曲线可用式 1 表示 NIba Qt 1 式中 a 为开断电流的加权指数 通常介于 1 2 之间 Ib为断路器开断电流的 有效值 N 为在开断电流有效值为 Ib时断路器的允许开断次数 Qt表征允许的电磨损 总量 该法由于没有考虑各相的差别和实际燃弧时间 会有较大的误差 因此通过改进 考虑各相实际的开断过程和燃弧时间 准确性将有较大的提高 也可以更加真实地反 映各相的电磨损情况 改进方法中断路器累计的电磨损的计算公式为 采用此方法进行真空断路器触头电磨损在线检测系统的设计的时候 开断电流可 直接用电流传感器测量 并且根据开断电流的波形确定熄弧时刻 起弧时刻的确定是 本设计的难点 但触头分离的击穿过程中 断路器周围产生较强的电磁辐射信号 可 用近场天线对该信号进行捕捉 也即是在真空灭弧室附近安装一个近场天线 当断路 器触头分离时周围产生较强的电磁辐射信号 利用该信号或者断路器辅助触点动作信 号就可以确定其起弧时刻 本设计通过对开断电流以及燃弧时间的测取 并将所得的数据信号送到 AVR 单片 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 5 5 页页 共共 5656 页页 机内部进行数据的处理 以求得触头的电磨损程度 并与总电磨损比较 得到触头剩 余的电磨损量 当触头磨损到一定程度时 单片机发出警告信号 提示及时对断路器 进行整修 以保证电力系统正常与安全运行 2 2 控制方案设计 通过查阅相关资料以及根据国内高压断路器在线监控技术的发展情况 本次设计 采用改进的开断电流加权累计法进行真空断路器触头电磨损的在线监控 并采用市场 上价位较低的 AVR 单片机 ATmega16 作为系统的核心处理器 ATmega16 是基于增强的 AVRRISC 结构的低功耗 8 位 COMS 微控制器 该样机控制方案的基本结构框图如图 2 1 图 2 1 控制方案结构图 该结构图主要包括四个部分 控制器 包括中心处理器和样机装置的控制输入端 显示报警部分 包括相关信息的显示装置与报警器 作为信息的输出端 天线装置及天线信号处理器 该部分通过天线装置触发一个信号 该信号经 过调理后作为处理器的外部中断信号 数据采集部分 通过 AVR 单片机内部的 ADC 采集相关数据 包括起弧时刻与 开断电流 将几个部分通过相关的联系有机的结合起来 就可以组成一套相对比较合理和完 善的控制方案 为了验证该方案的可行性 我们将设计一台试验样机来进行验证 该 控制方案各部分的具体设计将在硬件设计部分作更详细的说明 2 3 高压断路器介绍 高压断路器主要用于在电力系统发生故障时 能够自动地切断电力系统中的故障 电流 防止故障电流波及到整个电力系统中造成巨大的损失 高压断路器的各个机构 的工作可靠性 直接影响着整个电力系统的稳定 而真空断路器将在以后相关设备中 占据主要位置 因此 在这一章中主要介绍真空断路器的相关技术资料 2 3 1 真空断路器的分类与用途 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 6 6 页页 共共 5656 页页 目前我国生产的真空断路器可粗略分为三大类 第一类为分体型结构 完全是按 原少油断路器 SN10 型模仿设计出来的 主要是为了旧少油断路器开关设备的改造 也有安装在新开关设备上的 如 ZN7 10X ZN13 10X ZN19 10X ZN28 10A 等 第二类为具有独立型号机构的拼凑型结构 由 CD10 CD17 CT8 CT17 CT19 等机构与真空灭弧室及转轴 弹簧等拼凑成一台断路器 如 ZN7 10 ZN13 10 ZN19 10 ZN28 10 等 第三类为整体型结构 其特点是没 有独立的机构 传动损耗少的真空断路器 此类断路器主要以引进技术占主体 如 ZN12 10 ZN18 10 真空断路器 厦门 ABB 开关有限公司的 VD4 真空断路器 VM1 永磁真空断路器以及森源公司设计的 VS1 型真空断路器等 真空断路器是高压电力系统中最重要的控制和保护设备 真空断路器应该做到能 够开断 关合及承载运行线路的正常电流 也能在规定时间内开断 关合及承载规定 的异常电流 如过载电流和短路电流 总而言之 如其它断路器一样 真空断路器在 电网中起两方面的作用 控制作用 根据电网运行需要 用真空断路器把一部分电力设备或线路投入 或退出运行 这种作用称为控制作用 保护作用 真空断路器还可以在电力设备或线路发生故障时将故障部分从电 网快速切除 保证电网中的无故障部分正常运行 这种作用称为保护作用 2 3 2 真空断路器的基本结构 真空断路器主要包含三大部分 真空灭弧室 电磁或弹簧操动机构 支架及其 他部件 真空灭弧室 真空灭弧室的结构示意图如图 2 2 所示 它由外壳 触头和屏 蔽罩三大部分组成 外壳的作用是构成一个真空密封容器 同时容纳和支持真空灭弧 室内的各种零件 触头是真空灭弧室内最为重要的元件 真空灭弧室的开断能力和电 气寿命主要由触头状况来决定 屏蔽罩的主要作用是 防止燃弧过程中电弧生成物喷 溅到绝缘外壳的内壁上 引起其绝缘强度降低 冷凝电弧生成物 吸收部分电弧能量 以利于弧隙介质强度的快速恢复 改善灭弧室内部电场分布的均匀性 降低局部场强 促进真空灭弧室小型化 图 2 2 真空灭弧室结构示意图 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 7 7 页页 共共 5656 页页 电磁或弹簧操动机构 所有断路器都必须能够进行机械运动 可以分离或 接通触头 同时还需要为控制电弧而操纵灭弧介质等的运动 断路器所具有的这些 控制机械运动的部件 即操动机构 断路器触头的分 合闸动作就是通过操动机构 实现的 一般 断路器的 常用的操动机构包括电磁操动机构 和弹簧操动机构 利用电磁力合闸的操动机构 成为电磁操动机构 电磁操动机构结构图如图 2 3 所示 电磁操动机构的优点是结构简单 工作可靠 维护简便 制造成本低 缺点主要是合闸电流很大 可达几十安至几百安 需要足够大的直流电源 合闸 时间较长 电磁操动机构普遍用来操作3 35kV 的断路器 图 2 3 电磁操动机构结构图 利用已储能的弹簧动力使断路器动作的操动机构 成为弹簧操动机构 弹簧 操动机构主要由储能机构 锁定机构 合闸弹簧 分闸弹簧 主传动轴 缓冲器和 控制装置等部分组成 支架及其他部件 根据真空断路器的总体结构可分为 悬臂式 和 落 地式 两种最基本的形式 除去真空灭弧室和操动机构之外 真空断路器还有支架 及其它部件 FN5 12 真空断路器总结构示意图如图 2 4 所示 图 2 4 真空断路器结构示意图 2 3 3 真空断路器的性能指标 真空断路器的主要性能指标包括额定电压 额定电流和开断关合时间等几项指标 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 8 8 页页 共共 5656 页页 额定电压 U KV 断路器的额定电压是正常工作的线电压 同时断路器 工作时还应耐受高于额定电压的各种电压 具体数值与断路器额定电压有关 额定电流 I A 断路器的额定电流是指在规定的正常使用和性能条件下 主回路能够长期连续承受的电流有效值 额定短时耐受电流 Isw KA 又称额定热稳定电流 是指在规定的使用和性 能条件下 在确定的短时间内 断路器在合闸位置所能承受的电流有效值 额定短路持续时间 tsw S 又称额定热稳定时间 是指断路器在合闸位置所 能承受其额定短时耐受电流的时间间隔 通常为 1 4S 额定峰值耐受电流 IPW KA 又称额定动稳定电流 是指在规定的使用和 性能条件下 断路器在合闸位置所能耐受的额定短时耐受电流第一个大半波的峰值电 流 开断时间 t S 是指断路器接到分闸指令瞬间起到所有各相中电弧最终 熄灭的时间间隔 关合时间 t S 是指断路器接到合闸指令瞬间起到所有相触头都接触瞬 间的时间间隔 上述性能指标中 真空断路器的各项电流幅值大小于断路器的电磨损有关 各时 间参数则反映断路器机械操动机构的状况 80 年代以前 真空断路器处于发展的起步阶段 技术上在不断摸索 还不能制定 技术标准 直到 1985 年后才制定相关的产品标准 目前国内主要依据标准为 JP3855 96 3 6 40 5kV 交流高压真空断路器通用技术条件 DL403 91 10 35kV 户内高压断路器订货技术条件 IEC 标准中并无与我国 JB3855 相对应的专用标准 只是套用了 IEC56 交流高压 断路器 因此 我国真空断路器的标准至少在下列几个方面高于或严于 IEC 标准 1 绝缘水平 试验电压 IEC 中国 1min 工频耐压 kV 28 42 极间 极对地 48 断口间 1 2 50 冲击耐压 kV 75 75 极间 极对地 84 断口间 2 电寿命试验结束后真空灭弧室断口的耐压水平 IEC56 中无规定 我国 JB3855 一 96 规定为 完成电寿命次数试验后的真空断路器 其断口间绝缘能力应不低于初始 绝缘水平的 80 即工频 1min33 6kV 和冲击 60kV 3 触头合闸弹跳时间 IEC 无规定 而我国规定要求不大于 2ms 4 温升试验的试验电流 IEC 标准中 试验电流就等于产品的额定电流 我国 DL403 91 中规定试验电流为产品额定电流的 110 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 9 9 页页 共共 5656 页页 2 3 4 真空断路器的发展 随着计算机技术 电子技术 通讯技术和传感器技术的迅速发展 真空断路器在 电力行业已被广泛应用 高压开关设备的智能化水平日益提高 真空断路器在产品制 造过程中 应不断完善产品结构设计 提高制造工艺水平 保证装配质量 提高设备 运行的可靠性 高压真空断路器在智能化选型 优化设备状态检修 降低运行维护费 用 加速电力系统自动化控制 建立科学合理的状态评估系统中产生积极的促进作用 应用的前景是比较乐观的 随着世界市场不断扩大 真空断路器 2000 年已占中压断路器市场 70 中压真空 断路器在日本几乎占 100 在美国和德国占 70 以上 在俄罗斯 1977 年已占 50 以 上 我国 1993 年起电力部门大力使用真空断路器 中压真空断路器的产量 2000 年已 占全部中压断路器产量的 87 36 2001 年进而占 91 16 总起来看 中压真空断路器的发展已进入快车道 取得了骄人的业绩 其中 12kV 真空断路器产量大 覆盖面广 前景看好 从国内外真空断路器新产品品种的产生上及展览会上 德国汉诺威博览会为世界 上最大的工业展览会 素有新产品橱窗之美 可以看出真空断路器的发展趋向于专用 化 小型化 智能化 低过电压几大方向 专用化 面临极其不同的开断任务新的专用断路器应运而生 如用于发电机 保护断路器的特大容量真空断路器 短路开断电流高达 3 80KA 及以上 标准型真空断 路器 短路开断电流 25 50KA 经济型真空断路器 16KA 25KA 频繁型真空断路 如 操作次数 54 万次 超频繁型真空断路器 如操作次数 1615 万次 小型化 高可靠性 真空断路器的小型化研究工作进行了很多年 并取得了 一定成效 虽然真空断路器零件数较少 但各国为了提高可靠性 降低成本一直努力 减少零件数 缩小管径 智能化 智能化真空断路器在保留断路器原有的各种功能外 必须具有对电 路的异常状况进行检测与判定以及具有一定的指令功能等也就是把计算机加入机械系 统 使开关系统有了 大脑 再加 传感器 采集信息 用光纤传导信息 使开关 系统有了 知觉 大脑根据 知觉 做出判断与决定使系统有了 智能 这是配 电自动化的需要 也是断路器本身控制保护的需要 低过电压 真空断路器开断小电流容易发生截流 引起过电压 过电压是人 们使用真空断路器最关心的问题 一般解决方法有两种 第一种是加装过电压吸收装 置 RC 回路 ZnO 避雷器 但它作为真空断路器的附加装置 不仅使真空断路器结构 复杂化 而且增加成本 另一种方法也是今后要致力研究的课题 采用低电压触头材 料 研究采用低电压触头材料日本几家公司走在前列 2 4 电流互感器介绍 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 1010 页页 共共 5656 页页 2 4 1 电流互感器的原理与用途 电流互感器 Current Transformer 简称 CT 利用电磁感应 能将一次回路的大电 流成正比的变换为二次小电流以供给测量仪器仪表 电流互感器起到变流和电气隔离的作用 其工作原理 结构和接线方式都与变压 器相同 只是容量较小 通常仅有几十或几百伏安 它的用途是把高电压按一定的比 例缩小 使低压线圈能够准确地反映高电压量值的变化 以解决高电压测量的困难 同时 由于它可靠地隔离了高电压 从而保证了测量人员和仪表保护装置的安全 电流互感器的构造是由铁芯 一次绕组 二次绕组 接线端子及绝缘支撑物等组 成 电流互感器的一次绕组的匝数较少 串接在需要测量电流的线路中 流过较大的 被测电流 二次绕组的匝数较多 串接在测量仪表或继电保护回路里 电流互感器分为测量用电流互感器和保护用电流互感器 测量用电流互感器在测量交变电流的大电流时 为便于二次仪表测量需要转换为 比较统一的电流 我国规定电流互感器的二次额定为 5A 或 1A 另外线路上的电压都 比较高如直接测量是非常危险的 测量用电流互感器原理图如图 2 5 所示 电流互感 器就起到交流和电气隔离作用 他是电力系统中测量仪表 继电保护等二次设备获取 电气一次回路电流信息的传感器 电流互感器将高电流按比例转换成低电流 电流互 感器一次侧接在一次系统 二次侧接测量仪表 图 2 5 测量用电流互感器原理图 保护用电流互感器主要与继电装置配合 在线路发生短路过载等故障时 向继电 装置提供信号切断故障电路 以保护供电系统的安全 保护用微型电流互感器的工作 条件与测量用互感器完全不同 保护用互感器只是在比正常电流大几倍或几十倍的电 流时才开始有效的工作 保护用电流互感器主要要求 1 绝缘可靠 2 足够大 的准确限值系数 3 足够的热稳定性合动稳定性 图 2 6 是电流互感器的实物图 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 1111 页页 共共 5656 页页 图 2 6 电流互感器实物图 2 4 2 电流互感器的性能指标 电流互感器的性能指标主要包括准确级 额定容量和额定电流比 电流互感器根据测量误差的大小而划分为不同的准确级 所谓准确级是指在一定 的二次负荷和额定电流值时的最大容许误差 我国电流互感器准确级误差限值如表 2 1 所示 表 2 1 电流互感器准确级和误差限值 误差限值准确级 次 一次电流为额定电流的百分数 电流误差 相位差 二次负荷变化范 围 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不规定 0 25 1 S 为电流互感器的额定容量 电流互感器的额定容量 S 为电流互感器在额定二次电流 I 和额定二次阻抗 Z 下运行时 二次绕组输出的容量 即 S I Z 由于电流互感器的误差与二 次负荷有关 故同一台电流互感器使用在不同准确级时 对应有不同的额定容量 我国规定的额定输出容量等级有 5 10 15 25 30 40 50 60 80 100VA 等 10 级 由于 S I 已知 即可算出 Z 只要实际的二次负荷阻抗值不大于 Z 电流 互感器的误差就不会超限 所谓额定电流比是指额定一次电流和额定二次电流的比值 即 K I I 额 定一次电流即电流互感器额定的输入一次回路电流 额定二次电流即电流互感器的额 定输出二次回路电流 2 4 3 电流互感器的选择 电流互感器是电力系统中不可缺少的设备 虽然电流互感器在电力系统中不切断 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 1212 页页 共共 5656 页页 短路电流 但因为它是串联在短路电流所经过的回路中 巨大的短路电流对其带来极 大的威胁 因此电流互感器的选择也是非常重要的一个环节 额定电压的选择 电流互感器的额定电压是指其一次绕组对地或对二次绕组长期 能承受的最大有效电压值 而不是指一次绕组两端所加的电压 电流互感器的额定电 压应不低于其安装处的线路额定电压或电气设备额定电压 额定变比的选择 额定变比为一 二次额定电流之比 且二次电流已标准化定为 1A 或 5A 故选择额定变比 实际上是选择一次额定电流 跟据 GB1202 97 电流互感 器 中规定的一次电流标准值 1A 25000A 等不同规格的电流互感器选择 额定二次负荷的选择 一般要求电流互感器的实际二次负荷必须在 25 100 额 定二次负荷范围 额定功率因数的选择 计量用电流互感器额定二次负荷的功率因数应为 0 8 1 0 准确度等级的选择 根据 DL T448 2000 电能计量装置技术管理规程 规定 各 类电能计量装置应配置的互感器的准确度等级不应低于表 2 2 中所规定的值 表 2 2 电流互感器的配置 电能计量装置类别电流互感器准确度等级 0 2 或 0 2 0 2 或 0 2 0 5 0 5 0 5 接线方式的选择 电流互感器的接线方式的选择与电网中性点的接地方式有关 当为非有效接地系统时 应采用两相电流互感器 当为有效接地系统时 应采用三相 电流互感器 2 4 4 电流互感器使用注意事项 电流互感器作为电力系统中重要的设备 对其的使用应注意以下事项 以确保工 作人员与设备的安全 运行中的电流互感器二次侧决不允许开路 在二次侧不能安装熔断器 刀开 关 这是因为电流互感器二次侧绕组匝数远远大于一次侧匝数 在开路的状态下 电 流互感器相当于一台升压变压器 根据有关资料显示 其电压值可达 1000V 左右 将 危及工作人员的安全 故在一次侧有电流的情况下 二次侧除了采用相应的短接措施 外 电流互感器在工作时近似处于短路的状态 故可将 K K 直接短接并接地 不 得施工 电流互感器安装时 应将电流互感器的二次侧的一端 一般是 K 铁芯 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 1313 页页 共共 5656 页页 外壳做可靠接地 以预防一 二次侧绕组因绝缘损坏 一次侧电压串至二次侧 危及 工作人员的安全 电流互感器安装时 应考虑精度等级 精度高的接测量仪表 精度低的用于 保护 选择时应注意 电流互感器安装时 应注意极性 同名端 一次侧的端子为 L1 L2 或 P P 一次侧电流由 L 流入 由 L2流出 而二次侧的端子为 K K 或 S S 即二次侧的端子由 K 流出 由 K2流入 L 与 K L 与 K 为同极性 同名端 不得弄错 否则若接电度表的话 电度表将反转 电流互感器一次侧绕组有单匝和多匝之分 LQG 型为单匝 而使用 LMZ 型 穿 心式 时则要注意铭牌上是否有穿心数据 若有则应该按要求穿出所需的匝数 电流互感器的二次绕组有一个绕组和二个之分 若有二个绕组的 其中一个 绕组为高精度 误差值较小 的一般作为计量使用 另一个则为低精度 误差值较大 一般用于保护 电流互感器的联接线必须采用 2 5mm2的铜芯绝缘线联接 有的电业部门规定 必须采用 4mm2的铜芯绝缘线 2 5 单片机 ATMEGA16 介绍 Atmega16 是基于增强的 AVR RISC 结构的低功耗 8 位 CMOS 微控制器 由于其先进 的指令集以及单时钟周期指令执行时间 Atmega16 的数据吞吐率高达 1MIPS MHz 从 而可以缓解系统在功耗和处理速度之间的矛盾 2 5 1 主要性能 高性能 低功耗的 8 位 AVR 微处理器 先进的 RISC 结构 131 条指令 大多数指令执行时间为单个时钟周期 32 个 8 位通用工作寄存器 全静态工作 工作于 16MHz 时性能高达 16MIPS 只需两个时钟周期的硬件乘法器 非易失性程序和数据存储器 16K 字节的系统内可编程 Flash 擦写寿命达到 10000 次 具有独立锁定位的可选 Boot 代码区 通过片上 Boot 程序实现系统内编程 具 有真正的同时读写操作 512 字节的 EEPROM 擦写寿命达到 100000 次 1K 字节的片内 SRAM 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 1414 页页 共共 5656 页页 可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密 JTAG 接口 与 IEEE1149 1 标准兼容 符合 JTAG 标准的边界扫描功能 支持扩展的片内调试功能 通过 JTAG 接口实现对 Flash EEPROM 熔丝位和锁定位的编程 外设特点 两个具有独立预分频器和比较器功能的 8 位定时器 计数器 一个具有预分频器 比较功能和捕捉功能的 16 位定时器 计数器 具有独立振荡器的实时计数器 RTC 四通道 PWM 8 路 10 位 ADC 8 个单端通道 TQFP 封装的 7 个差分通道 2 个具有可编程增 益 1x 10 x 200 x 的差分通道 面向字节的两线接口 两个可编程的串行 USART 可工作于主机 从机模式的 SPI 串行接口 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器 片内模拟比较器 特殊的处理器特点 上电复位以及可编程的掉电检测 片内经过标定的 RC 振荡器 片内 片外中断源 6 种睡眠模式 空闲模式 ADC 噪声抑制模式 省电模式 掉电模式 Standby 模式和扩展的 Standby 模式 I O 和封装 32 个可编程的 I O 口 40 个引脚 PDIP 封装 44 引脚 TQFP 封装 和 44 引脚 MLF 封装 工作电压 Atmega16L 2 7 5 5V Atmega16 4 5 5 5V 速度等级 0 8MHz Atmega16L 0 16MHz Atmega16 Atmega16L 在 1MHz 3V 25 时的功耗 正常模式 1 1mA 空闲模式 0 35mA 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 1515 页页 共共 5656 页页 掉电模式 1 A 2 5 2 功能特性描述 ATmega16 AVR 内核具有丰富的指令集和 32 个通用