毕业设计真空断路器灭弧室真空度在线监测系统的研究.docx

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1、编号:毕业设计说明书题目：真空断路器灭弧室真空度在线监测系统的研究院（系）：机电工程学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：学号：指导教师：职称：题目类型：Ql论研究注验研究工O计工勖术研究软OFF发引言11绪论11.1 我国电力工业的开展11.2 真空断路器简介21.3 真空灭弧室的工作原理31.4真空断路器真空度降低原因分析32真空断路器结构、分类与真空度检测方法42.1 真空断路器类型42.2 真空断路器的结构4真空断路器的根本要求4功能部件5真空断路器的操动机构52.3真空断路器优缺点62.3.1 真空断路器优点6真空断路器缺点62. 4真空断路器真空度检测方法介绍6离线检测7在线检测7

2、3设计思路82.1 设计依据83. 2设计构思94硬件设计94. 1设计流程图94.1 电阻分压、稳压二极管稳压9电阻分压9稳压电路104.2 电压跟随器104.4电压电流转换和电流电压局部114.5信号放大局部124.6信号全波整流局部134.7二阶低通滤波局部154.8硬件设计局部16单片机硬件局部164.8.2AD转换硬件局部20串口通信硬件局部215软件设计266调试267结论27谢辞27参考文献28附录128附录233引言高压断路器在电力系统中具有控制和保护双重功能，是电力系统一次设备中检修、维护工作量最大的设备之一。有关资料说明，开关的维修费用占变电站总维修费用的一半以上，而且大局

3、部用于断路器的小修和定期检修上。真空断路器由于灭弧能力强、电气寿命长、现场维护方便、技术含量高等优点，在电力系统根本建设及无油化改造中，被广泛选用。尤其是在IOkv电压等级，真空断路器已经成为高压断路器的首选型式。然而，在运行中的真空断路器灭弧室，其真空度有可能因为许多原因在不知不觉中下降，按常规，我们只有在定期的预试时才能发现设备存在的缺陷。如果在预试周期内，真空灭弧室内气体压强升至IXIOTPa以上时，将完全有可能因为真空度的下降使断路器在短路故障分闸时动、静触头之间产生放电击穿，使真空灭弧室不能有效灭弧，严重情况下真空断路器将发生爆炸，造成设备损坏事故以及输电线路停电，导致严重的经济损失

4、，国内真空开关事故均是由于此原因引起的。由于灭弧室是以真空条件作为其工作根底的，所以它不象油开关，SF6开关那样容易检查其介质量。有些真空开关在运行过程中其真空灭弧室含有不同程度的泄露，因此如何才能实时在线观测到真空断路器灭弧室的真空度，以防范事故于未然？这已经成为电力系统十分关注的一个问题。美国、日本及前苏联等国早在20世纪五六十年代久开展了电力开关设备在线监测的研究工作，开始由定期检修向状态检修转变。我国自80年代以来，在变电站高压设备在线监测、故障只能诊断方面也进行了大量的研究工作，取得了很多的成果，逐步积累了一些经验，为开展状态检修打下了良好的根底。1绪论1.1 我国电力工业的开展首先

5、介绍一下我国电力工业的建设成就。中国电力工业始于1882年。新中国成立前，电力工业开展缓慢，1949年发电装机容量和发电量仅为185万千瓦和43亿千瓦时,分别居世界第21位和第25位。新中国成立后，电力工业得到快速开展，1978年发电装机容量到达5712万千瓦，发电量到达2566亿千瓦时，分别跃居世界第8位和第7位。1978年改革开放到2000年，我国发电装机和发电量先后超越法国、英国、加拿大、德国、俄罗斯和日本，居世界第2位。1987年发电装机突破1亿千瓦，1995年超过了2亿千瓦，2000年跨上3亿千瓦台阶。进入新世纪，电力工业进入历史上的高速开展阶段,2004年全国发电装机突破4亿千瓦，

6、2005年超过了5亿千瓦。电力技术水平接近和到达国际先进水平。改革开放之前，我国发电设备只能生产12.5万千瓦和20万千瓦等级及以下的机组，输变电设备只能生产220千伏及以下的装置。随着电力工业的技术装备水平不断提高，我国成批量生产的30万千瓦和60万千瓦机组已成为国内的主力机型。目前,60万千瓦、90万千瓦超临界机组已经投产发电，国产百万千瓦级超超临界机组也即将投产。通过引进国际先进技术，国内合作生产的30万千瓦大型循环流化床锅炉发电设备、9F级联合循环燃气轮机、60万千瓦级压水堆核电站和70万千瓦三峡水轮机组等发电设备在性价比上已经具有了国际竞争力。同时，国内制造厂家生产制造的500千伏交

7、直流输变电设备已成为电网的骨干输电网架。西北750千伏交流输变电示范工程和河南灵宝背靠背成套设备己建成投产。但是，在有些方面我们同国际先进水平相比仍有一定差距，如百万千瓦级核电站的设备制造。1.2 真空断路器简介真空断路器因其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空而得名；其具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及。真空断路器主要包含三大局部：真空灭弧室、电磁或弹簧操动机构、支架及其他部件。以下是对根本术语和各局部的具体介绍：1.80年代以前，真空断路器处于开展的起步阶段，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

8、国内主要依据标准为：JP3855-963.6-40.5kV交流高压真空断路器通用技术条件DL403-911035kV户内高压断路器订货技术条件这里需要说明：IEC标准中并无与我国JB3855相对应的专用标准，只是套用IEC56交流高压断路器。因此，我国真空断路器的标准至少在以下几个方面高于或严于IEC标准：(1)绝缘水平：试验电压IEC中国Imin工频耐压(kV)2842(极间、极对地)48(断口间)1.2/50冲击耐压(孤07575(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JB385596规定为：完成电寿命次数试验后的真空断路器，其

9、断口间绝缘能力应不低于初始绝缘水平的80%,即工频Imin33.6kV和冲击60kVo(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%。2.真空断路器的主要技术参数(D.开距(2) .触头接触压力(3) .接触行程(或称压缩行程)(4) .平均合闸速度(5) .平均分闸速度(6) .合闸弹跳时间(7) .合、分闸不同期性(8) .合、分闸时间(9) .回路电阻口51.3 真空灭弧室的工作原理真空断路器的灭弧室每一只为一不可拆卸的整体，动、静能为分别焊

10、在动、静导电杆上。静导电杆焊在上法兰盘上，动导电杆上焊一波纹管在导向套内运动。波纹管及导向套焊在下法兰盘上，由瓷柱支撑的金属圆筒屏蔽罩在动静触头外面，再与玻璃外壳形成一密封的腔体。该腔体经过抽真空，真空度一般在IOFPa以上。当合、分闸操作时,动导电杆上下运动，波纹管被压缩或拉伸，使真空灭弧室内的真空度得到保持。在真空中由于气体分子的平均自由行程很大，气体不容易产生游离，真空的绝缘强度比大气的绝缘强度要高得多。真空断路器中的触头断开过程中，依靠触头产生的金属蒸气使触头间产生电弧。当电流接近零值时，电弧熄灭。一般情况下，电弧熄灭后，弧隙中残存的带电质点继续向外扩散，在电流过零值后很短时间内弧隙便

11、没有多少金属蒸气，立刻恢复到原有的“真空”状态，使触头之间的介质击穿电压迅速恢复，到达触头间介质击穿电压大于触头间恢复电压条件，使电弧彻底熄灭，触头间的介质强度又迅速恢复起来。1.4 真空断路器真空度降低原因分析真空灭弧室漏气的原因分析：1.触头行程的影响国产各种型号的IOkv真空断路器灭弧室的触头超行程是在4mm左右，开距IlnInl左右应严格测量控制。真空断路器在安装或检修时，严格按照产品安装说明书中触头行程要求准确测量，调整拉杆，防止行程超越。2.跳的影响真空断路器的触头多为对接式结构，在分合闸操作中可能产生不同程度的反弹现象，不管分闸反弹还是合闸反弹都会给运行带来危害：波纹管经受强迫振

12、动可能产生裂纹，使灭弧室漏气；分合闸时的冲击速度及冲击力较大，发生弹跳，可能产生触头和导电杆的变形，甚至产生裂纹；切合电容器组的真空断路器如果发生合闸弹跳，还会导致电容器的损坏。3.分合闸速度的影响断路器在投运前应测量分合闸速度,可以及时发现产品质量和调试上的一些问题，防止分合闸速度过大，对灭弧室产生严重震动和撞击。4.缓冲器的影响应仔细检查缓冲器行程，不应有变形损伤现象或压缩超量，须留缓冲裕度。5.操作机构容量的影响不同型号容量的开关，须配置不同容量的操作机构，在安装或改造时，应按制造厂家的要求配置，如果容量偏大，将对灭弧室产生严重撞击，造成真空灭弧室波纹管损坏。运行和检修中应注意的事项：真

13、空灭弧室管内的真空度通常是在IOYlO-6Pa,随着真空灭弧室使用时间的增长和开断次数增多，以及受外界因素的影响，其真空度逐步下降，下降到一定程度，将会影响它的开断能力和耐压水平。因此，真空断路器在使用过程中必须定期检查灭弧室管内的真空度。1.运行检查对玻璃外壳真空灭弧室，巡视检查时可以定期目测。正常时内部的屏蔽罩等部件外表颜色应很明亮，在开断电流时发出浅蓝色弧光；当真空度下降很严重时，内部颜色就会变得灰暗，开断电流时将发出暗红色弧光。2.试验检查工频耐压试验：定期(13年左右)进行一次工频耐压试验(42kVmin)o当动静触头满足额定开距条件时，如果耐压很低，达不到规定耐压标准,就说明真空灭

14、弧室真空度已严重下降，不能继续使用。真空度测试仪检查：用真空度测试仪定期测量灭弧室真空度，真空度下降超过规定数值，可再做一次真空的耐压试验,进行再次确认其完好性。3.技术数据的检查虽然真空断路器不进行周期大修，但检查维护必须开展，对断路器的各项技术进行定期实际测量，以判断其传动系统的状况。4.断路器的特性试验定期对断路器的特性进行试验，以检查行程、弹跳、速度等关键数据的变化，及时调整，消除隐患gm。2真空断路器结构、分类与真空度检测方法2.1 真空断路器类型真空断路器的类型，可从不同角度来划分，一般情况下主要从以下两个方面划分：1.1 按使用场所划分一可分为户内式和户外式，分别用ZN和ZW来表

15、示。1.2 按断路器主体与操动机构的相关位置划分一可分为整体式和分体式。整体式真空断路器操动机构与开关本体安装在同一骨架上，体积小、重量轻、安装调整方便、机械性能稳定。分体式真空断路器操动机构与开关本体分别装于开关柜的不同位置上，断路器的各项机械特性参数必须安装在开关柜上调整试验才有实际意义，这种安装方式主要受我国少油断路器的安装方式的社响，比拟适合于少油开关柜的无油化改造，优点是巡视和检修方便，缺点是安装调整稍麻烦，机械特性的稳定性和可靠性稍逊3。1.3 真空断路器的结构真空断路器的根本要求(1)机械性能稳定，例如合闸弹跳时间，希望在寿命全程中保持同一状态，不要初期无弹跳，后期那么弹跳。(2)足够的机械强度，使断路器本身具有足够的动稳定度。(3)高压区和低压区的分隔，最好是前后布置，有助于保证运行中人员的人身平安。(4)操动机构的检查、调整、维修要有足够空间。方便。(5)配用机构的可选择性，有的型号可配CD和CT两种机构，有的只能配用一种。(6)结构简单、工作可靠、价格低廉。(7)易于实现防误联锁。所有真空断路器，不管是何种结构，断路器本体中均装设有分闸拉力弹簧。合闸过程中操动机构既要提供驱动开关运动的功，又要同时将分闸弹簧贮能。当需要分闸时，操动机构只需完成脱扣解锁任务，由分闸弹簧释能完成分闸运动I。功能部件真空断路