老师修改_开题报告初稿

学院（系）电气学院专业

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高压隔离开关触头及母线温度在线监测系统设计

1 本课题目的及意义

在采用电力电缆输配电的供电系统中大部分电缆运行故障是由接头故障引发的接头接触电阻变大、过负荷等引起接头温度过高引起。高压电器和载流母线等电力设备在负载电流过大时会出现温升过高，最后温度有可能使相邻的绝缘部件性能劣化, 甚至击穿也会引发故障；在小负荷运行时,虽然温升没有超出技术条件和有关国家标准的要求,但各触点之间的温差较大,检修时发现触点接触电阻超出了技术要求,造成开关设备运行的故障隐患。

目前无人值班变电站一般具有变电站综合自动化系统、微机防误闭锁系统、防火防盗系统（遥视）。而对于一次设备的重要部位，如隔离开关触点、母线接头的温度自动实时监测，至今还没有完全实现，依然要靠人工去测量。电气设备接点发热又是变电站安全运行的较大隐患，以往采取的在接点处粘贴试温蜡片，不能可靠、有效反映接点的运行状况，有的高压室受设备的限制（如封闭柜）不能及时、准确监视设备接点的状况，尤其是隔离开关、母线连接点分布在不同的地方，而且都是高压部件，在长期运行中，断路器的触点和母线的连接处等部位接触电阻大而发热，发热部位无法检测，最终导致事故发生。单独靠人工巡检，无法消除发热事故隐患，成为高压设备安全稳定运行的监测盲区。因此,检测载流母线、高压开关触点和电缆接头的温度,结合电力系统分散控制系统提供的通过对应点的电流值可以分析接触电阻是否正常，从而进行电器设备的低温故障分析与诊断，避免故障进一步发展，提前发现和排除热故障隐患,对电力系统的安全可靠运行具有非常重要的意义。

本研究针对……的现状，拟开展……，从而为……。

2 国内外的研究现状

3.1 温度采集

温度检测系统的重点和难点是温度的采集，因为在高压环境下，需要考虑绝缘问题还有电磁兼容问题，普通的温度传感器比如热电偶、热电阻这类的需要导线传输信号，在高压条件下稳定性低。温度检测系统解决温度采集问题其他问题就迎刃而解。普通的温度采集方法主要采用热电偶、热电阻、半导体温度传感器等温度传感元件实现的，这些温度传感器都需要金属导线传输信号，由于无法保证具有稳定的绝缘性能，无法在高压开关柜内的触点上使用。

国内外把温度检测系统的研究重点放在传感器的研究方面，目前应用较多的高压开关触点、母线温度检测的传感器主要有以下方案：a)采用色片,其颜色随温度的不同而变化,根据其颜色即可判断温度,缺点是准确度低、可靠性差,不能进行定量测量,而且对高压开关触点等来说,在运行时几乎看不见颜色；b)采用热红外检测技术,优点是测量范围大,准确度高,缺点是设备昂贵,无法检测封闭在机柜内的高压开关触点、母线,而且无法实现高压设备和温度在线检测的一体化集成；c）光纤温度传感器，传感器的结构很简单，薄薄的半导体芯片夹在一个细长的不锈钢管内的纤维两端之间。其工作原理是使用一个与辐射光谱λg(T)同步或选定的半导体发光二极管为光源, 通过半导体传输的光的强度随温度T的升高而降低，透射光被输出光纤接收,然后引导进光探测器，可以通过测量探测器的输出电压收集传感器位置处的远程温度；d) 日本电力工业研究中心利用测量接触点周围磁场的变化，直接判断母线连接和气体绝缘开关中的异常接触状况。其原理是:导电连接处电流路径的改变，必然使得周围磁场发生畸变，采用光磁传感器检测磁场畸变，以光纤传送信号。这种检测方法不仅要求传感器有足够的灵敏度，而且要求电流足够大，才能把电流集中引起的磁场畸变检测出来，而且传感器所处位置也相当重要。此外，设备的金属外壳最好是非铁磁性材料。

目前的红外测温技术优点是测量范围大,准确度高,但是是设备昂贵,而且目前仍然是人工实时实地测量，无法检测封闭在机柜内的高压开关触点、母线，无法实现高压设备和温度在线检测的一体化集成。现阶段研究光纤温度传感器主要有有光纤Fabry- perot 干涉型温度传感器、半导体吸收型光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器三种。现在光纤温度传感器测温准确，精度高，达0.01℃，分布式光纤测温传感器( DTS) 作为一项新型的传

感技术, 已经在电力系统中得到应用，上海市电力公司市南供电公司三庄变电站35kV电力电缆实时温度、负荷的监控, 实现了对电力电缆温度与负荷的深度分析。但是光纤温度传感器外界转换电路复杂，而且价格昂贵，运用还不广泛。美国Dallas 公司研发的数字型温度传感器DS18B20体积小, 功耗低, 性能稳定, 测量精度高。DS18B20用不锈钢密封，稳定性高，抗干扰性强。每片DS18B20内部都设有一个唯一的ID号，所以多个DS18B20可以并联在同一条线上，而不会产生混乱现象，并且传感器在使用中不需要任何外围元件，大大减少了系统的电缆数，价格便宜，市场价格10元/pics左右。故现在DS18B20广泛运用于温度测量。

3.2 数据传输

在高压、干扰严重的条件也是国内外研究的重点。在高压开关柜中数据传输使用传统的导线是不可行的，因为受到高压绝缘和电磁干扰，导线传输可靠性低。现阶段主要使用光纤传输和无线传输，因为光纤传输和无线传输都能很好解决高压绝缘

和电磁干扰的问题。其中无线传输技术比较多，如IrDA技术、蓝牙技术、Wi-Fi、和低功率短距离无线通信技术等等。a) IrDA技术是一种比较成熟的短距离无线传输技术，采用人眼看不到的红外光传输信息，它利用红外光的通断表示计算机中的0-1逻辑，通常有效作用半径2米，发射角一般不超过20度，传统速度可达4Mbit/s，1995年通信速率扩展到高达16Mbit/S，但是红外技术采用点到点的连接方式，具有方向性，数据传输干扰少，速度快，保密性强，价格便宜但红外技术只限于两台设备通讯，无法灵活构成网络，而且红外技术只是一种视距传输技术，传输数据时两个设备之间不能有阻挡物，有效距离小，且无法用于边移动边使用的设备。

b) 蓝牙技术是一种通用的短距离无线电技术，可将手机、掌上电脑和笔一记本电脑等设备无线连接，有效距离达10米，传输速度每秒达72Kbs。但是蓝牙技术目前推广的最大障碍是其成本依然较高。c) Wi-Fi(Wireless Fidelity，无线高保真)也是一种无线通信协议，与蓝牙一样，同属于短距离无线通信技术。Wi-Fi速率最高可达11Mb/S。虽然在数据安全性方面比蓝牙技术要差一些，但在电波的覆盖范围方面却略胜一筹，可达100m左右,不受墙壁阻隔，但在建筑物内的有效传输距离小于户外。d) 低功率短距离无线通信技术,它一般使用数字信号单片射频收发芯片，加上微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块，一般射频芯片采用FKS调制方式，工作于SIM频段，通信模块一般包含简单透明的数据传输协议或使用简单的

加密协议，用户不用对无线通信原理和工作机制有较深的了解，只要依据命令字进行操作即可实现基本的数据无线传输功能，因其功率小，开发简单快速而应用广泛，但数据传输速度、流量都较小,较适合搭建小型网络。在工业，民用领域使用较广。

其中较典型的就是Nordic公司生产的nRF2401芯片。nRF2401为2.4GHz全球开放频段产品，采用0.18um工艺设计，具有高集成度和极具竞争力的成本优势;真正的SOC单片系统，只有两个外围元件(一个晶体和一个电阻，)是业界外围元件最少的单片无线收发芯片;内置硬件CRC检错电路和多址通信控制，减少软件开销; nRF2401的收发模式有Shock Burst TM收发模式和直接收发模式两种，收发模式由器件配置字决定,Shock Burst TM收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速(1MbpS)发射，这样可以尽量节能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处:尽量节能;低的系统费用(低速微处理器也能进行高速

射频发射);数据在空中停留时间短，抗干扰性高。nRF2401的Shock Burst TM技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。

就目前受应用者和开发者关注较多的两种

2.4GHz频段短距离无线通信技术—蓝牙技术和低

功率短距离无线通信技术来看，他们都工作在2. 4GHz自由频段，支持多点间通信，但低功率短距离无线通信技术没有复杂的通信协议，且外围元件少，成本低, nRF2401芯片20元/pics以内。现在光纤发展迅速光纤技术已经日趋成熟，成本下降造价低廉，光纤的使用也逐渐普及，光纤固有的绝缘性和抗电磁场干扰性能实现高压隔离和信号传输，不需要现场布线，施工周期短，站内停电时间短的优点。

3.3 数据检测及管理平台

数据检测及管理平台主要采用MCU（微处理器单元）的有8位、16位单片机和16位、32位的DSP。DSP有高性能的处理能力，具有强大的外部通信接口（SCI，SPI,CAN）便于构成大的控制系统，处理