本科毕业论文---低压开关柜智能监控系统论文.doc
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1、辽宁工程技术大学本科毕业设计(论文)教 务 处2015年5月中文题目:低压开关柜智能监控系统外文题目:Intelligent monitoring system for low voltage switchgear毕业设计(论文)共 49 页(其中:外文文献及译文13页) 图纸共1张 完成日期 2015年06月 答辩日期 2015年06月摘要开关柜作为变电站的重要电气设备,担负着关合及断开电力线路、保护系统安全的双重作用,对变电站的安全、可靠运行起着举足轻重的作用。我国经济建设和改革开放的蓬勃发展,电力系统的应用及其安全得到广泛关注,然而对用电设备的监测与监控却种供电配电柜组,这些配电柜组的安
2、全是用电安全的重要保障。对配电柜的是一个长期未能解决的问题。我国的发电厂、工矿企业等用电场所大都配备各工作状态、工作环境的监测是保障配控制装置,采用智能检测技术设计合理的开关柜温度、湿度电柜安全工作的重要手段。 本课题主要研制电力开关柜内各参数的检测与检测和状态模拟系统,实现对开关柜工作状态模拟和环境监测。论文首先介绍了当前开关柜测温的几种方法及光纤光栅测温法的优势,基于光纤光栅温度传感技术提出了一种利用光纤光栅测量开关柜触头温度的方案。该方案采用光纤光栅作为传感元件,利用波分复用技术实现对开关柜触头温度的在线监测。关键词:开关柜;在线监测;温度传感器;实时监控软件IAbstract As t
3、he important electrical equipment in substation,switchgear shoulders the dual role of closing and disconnecting the power line and protecting the system security,which plays an important role for the substations,safe and reliable operation.The vigorous development of Chinas economic construction and
4、 reform and opening up, the application and their security of the power system are widespread concerned, however, monitoring and control of electrical equipment is a long-term unresolved issue. Our countrys power plants, industrial and mining enterprises and other electricity places mostly equip wit
5、h a variety of power supply and distribution Libraries group, the safety of the Distribution Libraries group is an important guarantee of the safe use of electricity. The monitoring of the working status and the work environment of the distribution cabinet is an important mean to protect the securit
6、y of the distribution cabinet.The topic mainly develops a kind of device which can detect and control various parameters of the power switch cabinet, using intelligent detection technology to design the reasonable switch cabinet temperature and humidity detection and status simulation systems,so tha
7、t it can realize the working status simulation and environmental monitoring of the switch cabinet.The current methods of temperature monitoring of switchger and the advantages of fiber Bragg gratings temperature monitoring is introduced in this paper.Then based on the fiber Bragg gratings sensing te
8、chnique,we design a system that could measure the temperature of the contact of switchgear.The design uses fiber Bragg gratings as the sensing elements and realizes the on-line temperature monitoring of the contact inside switchgear with WDM technology.Keywords:Metal-clad switchgear;on-line monitori
9、ng;temperature sensor ;real-time monitoring softwareI目录前言11绪论21.1设计背景和意义21.2开关柜智能监控系统的研究31.3系统检测软件的设计要求41.4现有开关柜测温方案比较41.5课题主要任务62开关柜智能监控系统的总体设计72.1监控系统的硬件结构82.2监控系统软件功能设计103监控系统的硬件设计123.1温度传感器的选择123.2光纤光栅温度传感器原理133.3电压传感器的选择153.4电流传感器的选择153.5传感器的主要安装步骤如下:163.6开关柜数据采集器163.6.1最小系统电路设计193.6.2时钟电路193.6
10、.3 复位电路203.8串口通信接口电路223.9键盘输出244监控系统的软件设计264.1软件系统结构264.2软件框架284.3服务器的设计284.4实时库的设计294.5报警服务器的设计294.6历史数据保存模块设计305技术与经济分析326结论33致谢34参考文献35附录A 译文36附录B 外文文献42 辽宁工程技术大学毕业设计(论文)前言开关柜(又称成套开关或成套配电装置)是以断路器为主的电气设备,是指生产厂家根据电气一次主接线图的要求,将有关的高低压电器(包括控制电器、保护电器、测量电器)以及母线、载流导体、绝缘子等装配在封闭的或敞开的金属柜体内,作为电力系统中接受和分配电能的装置
11、。它由柜体和断路器两大部分组成,具有架空进出线、电缆进出线、母线联络等功能。柜体由壳体、电器元件(包括绝缘件)、各种机构、二次端子及连线组成。开关柜防护要求“五防”:防止误分误合断路器、防止带电分合隔离开关、防止带点合接开关、防止带接地分合断路器、防止误入带电间隔。开关柜有一定的正常使用条件,如环境温度,环境湿度,海拔高度,地震烈度等。一般情况下,环境的温度和湿度是我们必须要考虑的条件。开关柜的环境温度要求周围空气温度不超过40(上限),一般地区为-5(下限),严寒地区可以为-15,环境的温度过高,金属的导电率会减低,电阻增加,表面氧化作用加剧。过高的温度也会使得柜内的绝缘件的寿命大大缩短,绝
12、缘强度下降。反之,环境温度过低,在绝缘件中会产生内力,最终会导致绝缘件的破坏。环境湿度日平均值不大于95%,月平均值不大于90%。湿度过高会导致开关柜在作业过程中发生故障。因此对其进行温度和湿度的检测是至关重要的。1绪论1.1设计背景和意义低压开关柜智能监控系统主要用于发电厂、石油化工、冶金、纺织、高层建筑等公众场合和工业领域,在大型发电厂、石油化工等自动化程度高、需要与计算机接口的场所。伴随着我国国民经济的不断持续发展,用电量也随之大幅度提高,电力系统的安全运行关系到我国经济的发展和人民生活的稳定。开关柜在电力系统的运行中起到开合、控制和保护的作用,它的正常运行与否将直接影响到变电站甚至整个
13、电力系统的正常运行状态,因此,如何保障开关柜的正常运行,对整个电力系统的安全运行将显得格外重要。可是实际生产中,开关柜一直处于长期运行中,其上的各个触电及连接点等部位由于老化、污染易造成间隙过大或接触电阻增大,在电流通过,特别是用电高峰期,容易产生发热现象,如果不能及时发现并处理,将会任由温度升高,引发事故的产生。随着变电站综合自动化系统的不断普及,无人值守的变电站成为变电站发展的必然趋势,为实现电力企业减员增效、提高劳动生产率、促进电网安全和稳定等方面起了积极作用。开关柜作为变电站的极其重要电气设备,担负着关合及断开电力线路、保护系统安全的双重作用,对变电站的安全、可靠运行起到举足轻重的作用
14、。 现代电力系统对电能质量的要求越来越高,相应地对开关柜运行的可靠性也提出了更高的要求。同时,随着传感器技术、信号处理技术、计算机技术、人工智能技术的发展,使得对开关柜的运行状态进行在线监测,及时发现故障隐患并对累计性故障做出预测成为了可能。它对于保证开关柜的正常运行,减少维修的次数,提高电力系统的运行可靠性和自动化程度具有极其重要意义。图1-1 开关柜结构示意图A-断路器室;B-母线室;C-电缆室;D-仪表室;1-母线;2-静触头盒;3-断路器;4-接地开关;5-电流互感器;6-电容分压器;7-避雷器Fig.1-1 The fabric schematic of the switchgear
15、 panelA-Circuit breaker room; B-Bus bar room; C-Cable room; D-Instrument room; 1-bus-bar; 2-Static contact box; 3-Circuit breaker; 4-Earthing switch; 5-Current transformer; 6-Capacitor voltage divider; 7-Arrester1.2开关柜智能监控系统的研究由于我国的开关柜绝大多数采取封闭式结构,散热条件比较差,并且长期处在高电压、大电流、强磁场的环境之下,开关柜内就会温度升高,使触头的接触电阻增大。
16、当温度过高,使接触电阻超过国家标准规定的接触电阻值,就会加速触头表而氧化,而氧化又会进一步使导致接触电阻上升,并促使触头发热,温度上升,形成恶性的循环。当触头的温度超过一定范围,就会导致其内部材料的机械强度下降,接触电阻增大,同时过热会引起绝缘材料的老化,其绝缘强度也会下降,甚至损坏。若不及时采取措施,就很可能引发事故。在以前的开关柜过热故障检测中,采用人工巡检,不仅费时、费力,而且不容易及时发现事故。开关柜智能监控系统不仅克服了开关柜内的高温、高压、强磁场环境下温度不易监测的难题,而且通过监控软件实时显示开关柜内测点的当前电压、电流、工作温度并做出报警处理,节省了大量人力、物力,提高了事故预
17、判的准确性、实时性。1.3系统检测软件的设计要求低压开关柜智能监控系统是基于分布式温度测量、电流电压测量、数据采集与传输、显示及报警等部分组成的计算机实时在线监测系统。此系统采用分布式、可组网、隔离性能良好的高精度温度传感器,对变电站中低压开关柜内的母线、断路器与隔离开关触点、互感器(包括电缆接头)等这些易产生异常温升的部件实现在线温度测量与监控。利用温度采集单元采集多路温度信号并通过RS232或RS485总线上传到监控主机,主机采用巡检式(查询式)工作方法,逐一巡检每个测量点的温度,并可统计、打印、报警,设定工作温度范围,显示每个开关柜内测量点的温度及历史数据。系统软件需要实现多种报警方式,
18、当发生报警时,主监控计算机能自动弹出报警窗口,显示出报警时间、报警测点名称和安装部位,同时发出声、光报警并可以打印报警记录,提醒运行人员检查。所有的报警信息都被记录数据库中,以备查阅。系统能提供完善的分析功能,包括超温分析、温升趋势分析、相间温差分析,并能做出报警、对比、历史记录统计与分析等处理,保障工作人员在开关柜发生事故之前做出及时处理。测控软件可以建立开关柜设备数据库,帮助工作人员监测和分析开关柜内各项数据。1.4现有开关柜测温方案比较 目前常用的温度监测方法有下列几种: 1.热敏电阻式测温系统:热敏电阻具有体积小、温度响应快、产品成熟、成本低等优点,可以显示温度值,但由于每个热敏电阻都
19、需要独立的接线、布线复杂且热敏电阻易损坏、维护量大,传感器不具备自检功能,需要经常校验,因此不常采用。 2.红外探头测温系统:红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。红外测温仪器主要有3种类型:红外热像仪、红外热电视、红外测温仪(点温仪)。非接触红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列,可以在线监测。但由于系统稳定性不高,体积较大,受安装空间限制,外加受环境影响严重,误报较多,也不常采用。 3.示温蜡片测温:采用“示温蜡片”存在一些问题,一是:在粘贴时普遍采用清漆将“示温蜡片”粘贴在电气设备需要测试的部位,这样粘贴牢固后,待测点温度达到“示温蜡片”相同温度时,不能脱落下
20、来,只有温度超过很大程度才会脱落下来,这样很容易给操作人员造成误导,判断不及时。二是:“示温蜡片”只能靠熔化现象表示发生了过热,现象不直观也不易发现。三是:电气设备的负荷是随用户需求量变化的,接点温度也是随之变化的,当被监视的电气设备接点发生了不同程度的过热,使用“示温蜡片”不能随之不同程度熔化或脱落下来。 4.使用示温记录标签:“示温记录标签”是以胶粘贴固定的,只要在测温范围内发生了过热,就可以继续保留在贴片接点部位。“示温记录标签”表面涂一层随温度变化而改变颜色的发光材料,通过观察其颜色变化来大致确定温度范围,这种方法准确度低、可读性差,不能进行定量测量,因此也不能满足现在系统监测的需要。
21、 5.光纤光栅测温法:光纤传感技术兴起于20世纪70年代,在而后的几十年里日新月异,成为传感领域最有发展一前景的一门技术。光纤传感器的核心通常是光纤本身或光路中的光功能元件,其主要功能是与被测对象相互作用而产生反映被测量大小的光信息并通过一个或多个光纤引线和信号调节装置,以传输包含被测量信息的光信号并完成测量。与传统的机电传感器相比,光纤传感器具有许多优点:首先,光纤传感器具有完全无源的结构和稳定的化学性能,因而免疫电磁干扰和化学腐蚀,其次,由于在形状和尺寸设计方面具有很好的灵活性,光纤传感器容易适应安装环境的需要;再次,光纤传感器可以方便的实现准分布式监测;最后,光纤传感器,具有远超其他类型
22、传感器的测量灵敏度,容易实现高精度测量。因此,光纤传感器自问世以来一直受到人们的关注。光纤光栅是20世纪九十年代发展起来的一种新型全光纤无源器件,与光纤完全兼容,它除了具有光纤本质安全、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、耐高压、使用寿命长的特点外,还具有以下优点:(l)稳定性好,灵敏度高。光纤光栅是一种波长调制型器件,其性能不受光源光功率的影响。(2)通用性好。光纤光栅传感器可以实现对温度、应变、浓度、折射率、磁场、电场、电流、电压、速度、加速度等多种参数的测量。(3)复用性强。光纤光栅传感器可以采用波分复用(WDM)、时分复用(TDM)、空分复用(SDM)等多种复用方式实现准分布式测量。(4)适应
23、性强。光纤光栅制作方便,可以大规模低成本的生产,且结构较小,非常适合用于一些要求传感探头尺寸较小的场合。 光纤光栅传感器可以在开关柜内高电压、大电流、强磁场的环境下实现对触头的高精度、高稳定性的测量,且易于构成分布式测温系统对所有触头进行实时在线式监测。因此本系统将采用光纤光栅测温法。1.5课题主要任务 本课题主要研究内容是设计一套低压开关柜智能监控系统,具备以下功能:1、电压、电流、工作温度、柜内环境温度的在线监测功能;2、无线通信功能;3、远程控制功能;4、完备的电压保护、电流保护、温度保护功能。第二章是系统的总体设计,分别从硬件和软件上大致讨论设计的总体步骤;第三章详细分析了系统的硬件,
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