变电站一次侧设备温度在线监测系统设计

辽宁工业大学本科毕业设计(论文)摘要在电力系统中，一次设备的温度变化是一个非常重要的指标，关系到电力设备的安全稳定运行。变电站运行过程中，由于设备制造、接触氧化、电弧冲击等原因，一次设备的接触电阻会增大，温度会升高。当温度上升到一定程度时，设备的机械强度和电气强度会下降，从而导致电气设备短路，甚至损坏设备，严重威胁电网的安全运行。实时监测电气设备的温度，可以帮助值班人员尽快发现问题，消除隐患，保证电力系统的安全运行。遵循变电站网络和通信协议的IEC61850标准，利用通信技术、温度传感器技术、温度报警算法和监控中心技术等温度在线监测技术，开发设计了适用于智能变电站的一次设备热点温度在线监测系统，包括过程层温度在线监测终端、区间层温度在线监测IED和站控层监控中心。利用CAN总线、RS485和以太网技术，将传感器测量的温度数据发送到数据接收主机，实现温度测量。该无线传感器体积小，可以方便地安装在一次设备表面，能够准确反映设备运行时的温度信息，测量数据实时性强。通过观察监控机的检测页面，变电站操作人员可以及时全面地了解变电站一次设备的实时温度信息。关键词：温度在线监测；IEC61850简易爆炸装置的在线监测；传感器；以太网摘要在电力系统中，温度变化装置是一个非常重要的指标，它是否关系到电力设备的安全稳定运行。在变电站运行过程中，由于设备制造设备、触头氧化、电弧冲击等原因，会导致触头的接触电阻增大，温度升高。当温度上升到一定程度时，设备的机械强度和电气强度都会下降，在严重情况下会导致电气设备短路，甚至造成设备损坏，严重威胁电网的安全运行。对电气设备温度进行实时监控，可以帮助值班人员及早发现问题，消除隐患，确保电力系统的安全运行。遵循IEC61850变电站网络和通信协议标准，利用通信技术、温度传感器技术、温度报警算法、控制中心技术和温度监控技术，设计开发了一套适用于智能变电站的热线温度监控系统，包括过程表面温度在线监控终端、间隔层温度监控站级IED和监控中心。利用CAN总线、RS485和以太网技术，传感器将测量的温度数据发送到数据接收主机，实现温度测量。无线传感器体积小，可以方便地安装在设备表面，因此可以准确反映设备运行温度信息，并且测量数据具有很强的实时性。通过观察监控机检测页面，变电站操作员可以及时全面地了解变电站一次设备内的实时温度信息。关键字：温度监控；IEC61850在线监测简易爆炸装置；传感器；以太网目录1.介绍1.1项目的研究背景和意义1.2国内外研究现状1.3课题的主要研究工作2温度监控系统的总体设计2.1监控系统介绍2.2系统设计原则2.3系统总体规划3温度在线监测终端(过程层)的设计3.1无线网络温度传感器的设计3.2温度在线监控终端的设计3.3温度监控器的硬件设计3.3.1监视器主板设计3 . 3 . 3 RS485与PC机的接口电路设计3.3.4上位机和监视器的串口设计3.4温度传感器的校准3.5电源电路设计介绍1.1项目的研究背景和意义我们每个人都觉得，电力工业对我们的日常生活不可或缺。它关系到其他行业、生活的正常运转和社会的进步，所以对我们来说非常重要。随着电力工业的发展，未来电力工业的发展方向是智能电网。随着智能电网规划的推进，智能变电站将成为新型变电站的主流。智能变电站是一种先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备。它以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、测量和监控等基本功能，并根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能。在智能变电站在线监测系统的建设中，温度是一次设备正常运行的重要参数。变电站中的高低压开关、断路器、变压器、电力电缆、容性设备、避雷器和其他重要的一次设备在长期运行过程中会因老化、表面氧化腐蚀、连接松动、紧固螺栓松动或接触电阻过大而发热。由于运行过程中未发现隐患，最终会发生火灾事故，给生产经营造成重大经济损失。随着科学技术的进步，社会用电负荷越来越大。实时在线监测温度已成为保证变电站一次设备安全稳定运行和避免事故发生的重要手段。本课题的研究目的是设计一种一次设备热点温度在线监测系统，能够有效监测一次设备运行过程中的温度，从而有效了解一次设备的运行状态，是否存在安全隐患，有效预防事故，确保安全正常供电。1.2国内外研究现状一、国外研究现状：在美国和日本等发达国家，智能电网战略已经成为一项重要的国家战略。美国政府一直关注智能电网的发展，推动核心技术的研发，并开始制定发展计划。2010-2014年智能电网研发跨年度项目规划，全面开展智能电网研发项目，进一步推动该领域技术的发展和应用。美国标准与技术研究所提出分三个阶段建立智能电网标准，现已发布“智能电网”标准化框架75项标准规范、标准和指南。欧洲国家结合各自的技术优势和电力发展特点，开展了各种智能电网研究和试点项目。英国、法国和德国等国家重点发展泛欧电网互联，意大利重点发展智能电表和交互式配电网，丹麦则重点发展风力发电及其控制技术。二、国内研究现状：在世界各国建设智能电网的同时，中国也在积极推动智能电网的发展。2010年3月，“加强智能电网建设”被写入2010 政府工作报告，标志着中国智能电网的快速发展。与欧美国家相比，中国智能电网覆盖面更广，是调度、发电、输电、改造、配电、用电六大环节的整体升级。对于我国一次设备的温度监测系统来说，现场测试始于20世纪70年代，80年代发展迅速。生产了各种现场测试器。同时，传感器被用来直接测量电信号，从传统的模拟测试转向数字测量。20世纪90年代，出现了以数字波形采集和处理技术为核心的微机多功能在线监测系统。进入21世纪后，在线监测已经进入实用阶段。在线监测系统变压器、高压电抗器、变压器、无功补偿装置、断路器、隔离开关、母线等变电站一次设备是电力系统中最常见的设备。由于长期运行和触点位置偏移，导致静、动隔离触点接触不良和发热严重。考虑到长期安全运行要求，这些一次设备的最高加热温度不得超过最高允许加热温度。因此，采用合适的温度监测方法在线实时监测一次设备触头的温度是非常必要的。在线监测技术的发展促进了电力设备运行维护水平的提高，降低了维护人员的劳动强度，并对部分设备采用了根据监测结果确定停运维护周期的方法，为预防性试验向状态检修过渡积累了经验。另一方面，由于引进了先进的电子技术和信息处理技术，在线监测技术更加先进和实用，推动了电力设备温度监测的改革。监控技术的发展和应用提高了运行管理的智能化水平，加快了设备运行状态的信息反馈，缩短了故障判断和处理的时间，提高了工作效率，减少了停电造成的经济损失，为实现变电站无人值守创造了条件。提出了智能变电站一次设备热点在线温度监测系统的总体设计方案。它侧重于通信技术、传感器技术、IEC61850标准等基础知识。设计了在线温度监测终端和简易爆炸装置，以及实际现场温度监测系统的软件设计。在收集国内外相关资料的基础上，在导师的指导下，我开始了总体设计。本研究的主要内容包括：(1)监控系统的总体设计整个系统由光纤温度传感器、光纤、温度监测器、简易爆炸装置等部分组成。(2)硬件电路的设计与制造包括电源电路设计、串行接口、显示发光二极管设计、通信模块设计等。在实现功能的前提下，结构尽可能简单，制造容易。光纤温度传感器设计及系统校准光纤温度传感器的校准曲线可以在实验室完成。通过软件设计，实现了精确的温度测量。要求能够输出稳定的信号，并且对机械、光学、电路和其他干扰不敏感。运行可靠，调节方便；在满足精度要求的前提下，结构尽可能简单，制造容易。(4)软件设计包括温度监测软件设计、间隔层IED软件设计和上层管理系统软件设计。2温度监控系统的总体设计2.1监控系统介绍该温度监测系统专门用于测量变电站一次设备的热点温度。传感器采用光纤温度传感器，适用于高电压、大电流、强磁场的特殊环境，并采用外部电源。考虑到开关柜的环境，要求所设计的监控器能够采集触点的温度并将其存储在存储器中。测量完成后，监控器采集的数据可以通过上位机温度采集软件通过串行接口加载到计算机中。同时，上层管理系统在线观察温度。该系统利用单片机组成的监视器采集并处理一次设备的温度。该监控系统主要由站控层、间隔层和过程层组成。2.2系统设计原则(1)先进性：系统需要在了解国内外发展趋势、吸收其经验和成果的基础上设计方案，使系统的技术性能和水平明显提高。可靠性：系统运行安全可靠，性能稳定，能在恶劣环境下长时间连续工作。(3)通用性：在设计中，其应用的通用性对于本课题的设计，我打算从智能变电站的概念入手，首先深入了解课题的背景和意义。因此，系统对设计系统的理解，通过查阅相关数据，认识到系统需要经历以下几个阶段，第一阶段，即保护、测控、状态监测等智能元件外部独立阶段。在过渡阶段，状态