真空断路器真空度在线监测系统研究

摘要

近年来为了保障电力系统的可靠运行，我国开始实行中低压开关去油化，真空断路器也得到越来越多的应用。真空断路器的绝缘介质是高真空，它具有外型紧凑、可靠性好、服务期限长等优点。但是灭弧室内部的真空压强必须在高真空下才能可靠的开断电流。因此实现真空灭弧室内部真空度的监测，及时获取真空灭弧室的运行状态已经成为亟待解决的问题。　　本文阐述了真空断路器的发展历程和实现真空度测量常用的方法。传统的方法为离线检测，这种技术发展比较成熟易于实现但是需要灭弧室掉电操作同时定期检修。真空度在线监测技术的发展可以解决这个问题。目前国内外对于真空度在线监测做了诸多的研究，常用的方法有耦合电容分压法、高频脉冲电流法、电光变换法等，但监测精度都有待提高。　　本文研究了耦合电容分压法的理论来源，从理论上证明了这种方法的可行性。设计了耦合电容分压探头并创新性的采用了差分采样电路来抑制系统电压信号波动给耦合电容分压信号造成的干扰，提高了测量精度。设计了硬件电路，采集耦合电容分压信号和系统电压信号，通过信号调理电路获取屏蔽罩电位的真正变化曲线，在实验室搭建了真空度实验装置和标定装置。实现了下位机和上位机通讯，将数据传输给上位机进行存储显示。　　本文设计的真空度在线监测系统的控制器采用了AVR单片机，编程语言选择了C语言，使用Matlab拟合了数据曲线，使用C++编写了上位机界面。从而建成了一个完整的适用性强的真空度在线监测系统。　　本设计利用搭建的真空实验装置将真空度在线监测装置测量得到的真空度数值和真空计显示的结果进行了对比，结果证明该在线监测装置测量真空度的范围在报警点到6.5×10-4Pa之间，误差在5％内，符合现场测量的要求。验证了系统的可靠性和灵敏度。同时实验验证了该在线监测装置能够实现劣化拐点的报警。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 真空断路器发展概况

1．1．2 真空度监测意义

1．1．3 真空断路器的结构特点

1．2 真空度检测的不同方法及对比

1．2．1 真空度离线检测方法

1．2．2 真空度在线监测方法

1．3 本文主要研究内容和章节安排

1．3．1 本文主要研究内容

1．3．2 本文章节安排

2 耦合电容法原理研究

2．1 真空度在线监测要求

2．2 屏蔽罩电位形成机理

2．3 比例差分输入电路设计

2．4 谐波检测电路

2．5 本章小结

3 真空度在线监测系统的硬件实现

3．1 信号采集探头

3．1．1 耦合电容探头

3．1．2 系统电压采集探头

3．2 前端保护电路

3．3 电压跟随器

3．4 滤波电路

3．5 移相电路

3．6 放大电路及差分输入电路

3．7 A／D转换电路

3．8 模拟开关控制电路

3．9 单片机及其外围电路设计

3．10 本章小结

4 真空度在线监测系统的软件实现

4．1 单片机程序

4．1．1 主程序

4．1．2 多路信号采集单元

4．2 数据曲线的拟合

4．3 通讯环节设计

4．3．1 下位机与上位机通讯环节

4．3．2 人机交互界面设计

4．4 本章小结

5 真空度在线监测系统的实验验证

5．1 实验系统的组成

5．1．1 三级调压系统

5．1．2 两级抽气系统

5．1．3 真空度校准系统

5．2 真空度和测量值之间的关系曲线

5．3 结果验证

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

论文说明