开关柜断路器触头温度采集技术研究与装置开发

摘要

作为发电厂、变电站的最为重要设备之一，开关柜的稳定、安全的运行直接关系到整个电力系统的性能。开关柜在长期的运行中，开关柜断路器触头会由于接触不良，机械磨损和空气腐蚀等原因导致它们的阻止增大，使其热量急剧增加，若未及时发现并进行处理会造成严重的安全事故。为保证开关柜系统的安全运行，避免由于热故障而引发严重的安全事故，本文通过对温度检测方法调研后，对本实验室已开发的触头无线温度监测装置进行改进，设计并研制出了一套新的用于开关柜断路器触头处温度实时在线监测的装置。
　　本文先从整体出发，根据设计需求及原有装置的不足，提出了一种新的安全可靠的开关柜断路器触头温度实时监测系统的总体设计方案。本文的测温装置选用光纤光栅作为测温传感器，由于光纤布拉格光栅具有温度-应变交叉敏感性，为避免交叉敏感影响，本文采用陶瓷封装的光纤布拉格光栅传感器，并将其固定在静触头的中间位置来保证对触头温度测量的均匀性。本文重点对光纤布拉格光栅波长解调器的原理和设计做了详细介绍，由于该测温方法关键为获得中心波长的偏移量，为准确得到中心波长偏移量值，本文采用五点中心波长偏移算法进行计算获得。光纤布拉格光栅温度传感器采用光纤传输温度信息，光纤绝缘性能好，耐腐蚀耐高温，能够很好的实现开关柜内高压侧绝缘隔离，并且温度信息以波长编码的形式在光纤中传播，抗电磁等干扰能力强。本装置采用RS485总线通信技术实现光纤光栅温度采集器到综合控制器之间的数据通信，选用DGUS触摸屏设计了人机交互界面，用来显示各触头的实时温度和工作状态并实现超温报警。
　　在装置的硬件和软件完成后，本文对装置样机进行现场测试，主要对装置的数据传输可靠性能和触头温度采集性能进行测试并给出了各功能的详细测试结果。论文在最后对本课题的研究内容和所完成的工作做出总结，并对该装置以后的提高和改进做出展望。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究内容和章节安排

第二章 光纤布拉格光栅传感原理及波长解调技术

2．1 光纤光栅传感原理

2．1．1 光纤光栅结构及传感原理

2．1．2 光纤光栅传感模型

2．1．3 光纤光栅的温度与应变交叉敏感问题

2．2 光纤布拉格光栅波长解调技术

2．2．1 光谱分析法

2．2．2 可调谐光纤光栅滤波器法

2．2．3 可调谐光源检测法

2．2．4 可调谐F-P滤波器法

2．2．5 非平衡Math-Zehnder干涉仪检测法

2．3 光纤光栅传感的复用技术和传感网络

2．3．1 复用技术

2．3．2 传感网络

2．4 本章小结

第三章 温度采集在线监测装置总体设计方案

3．1 装置设计目标

3．2 在线监测装置总体设计方案

3．3 本章小结

第四章 温度采集装置硬件实现

4．1 光纤布拉格光栅温度采集器电路设计

4．1．1 单片机最小系统电路

4．1．2 光纤布拉格光栅解调器电路

4．1．3 A／D采样电路

4．1．4 AT24C128存储电路

4．1．5 RS485通信电路

4．2 电源电路设计

4．3 PCB电路板设计

4．4 本章小结

第五章 温度采集装置软件实现

5．1 嵌入式开发环境的搭建

5．1．1 软件开发环境

5．1．2 编程语言

5．2 测温装置系统软件总体设计

5．3 电压数据采集程序设计

5．4 中心波长偏移量算法程序设计

5．5 RS485通信程序设计

5．6 AT24C128存储程序设计

5．7 触摸屏人机交互界面设计

5．7．1 DGUS工程开发环境

5．7．2 DGUS工程开发步骤

5．7．3 界面设计

5．7．4 DGUS串口数据帧架构

5．8 本章小结

第六章 装置测试

6．1 测试平台

6．2 数据传输可靠性测试

6．3 触头温度采集性能测试

6．3．1 触头温度模型建立

6．3．2 温度测量精度

6．3．3 抗电磁干扰性能测试

6．3．4 超温报警性能测试

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

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