1、在 职 攻 读 硕 士 学 位 研 究 生 开 题报 告学 号：研究生类别： 高校教师 工程硕士 同等学历研 究 生： 张 燕导 师： 潘峥嵘研究方向： 控制工程论文题目： SF6 断路器智能监测仪的研究专业(学科 )： 自动控制学 院： 电气工程与信息工程学院入学时间： 2004 年 9 月开题时间： 2005 年 12 月 17 日2005 年 12 月 9 日填 报 说 明一、开题报告中的一至七项必须采用计算机输入和打印，开题报告格式可在研究生部网址 http:/www. 下载。二、开题报告为 A4 大小，于左侧装订成册。各栏空格不够时，请自行加页。三、开题答辩成绩（即每个学生开题报告
2、评审表的平均成绩）由学院研究生专干填写，学院负责人签署是否同意开题的意见。五、开题报告通过后，分别由研究生、导师、学院和研究生部各存档一份。0学位论文题目 SF6 断路器智能监测仪的研究课 题 来 源 科委立项一、课题意义及国内外研究现状综述伴随着国民经济的迅速发展，社会对电力的需求越来越大。在电力系统向超高压、大电网、大容量和自动化方向发展的同时，用于关合及开断电力线路，以输送和倒换电力负荷以及从电力系统中切除故障设备以保证系统安全运行的高压断路器就显得尤为重要了。随着人们对 SF6 气体优良的绝缘和灭弧性能的认识，SF6 气体绝缘开关电器越来越多地应用于电力系统中。虽然 SF6 气体绝缘断
3、路器具有很多优点，但也存在一定的缺点。例如 SF6 气体中水分超标时，对 SF6 断路器的危害特别大；主要表现在以下几个方面：1、 水分引起 SF6 气体分解物化合反应产生毒性化合物；2、 水分引起设备的化学腐蚀；3、 水分使设备的绝缘下降；4、 水分影响断路器的开断性能；5、 水分降低断路器的机械性能。因此及时掌握 SF6 断路器中的水分含量对断路器的运行有十分重要的意义。目前国内外对SF6气体绝缘断路器中微水含量的监测主要采取“在线抽取样气，离线标准测量”的方式进行。但在具体使用中存在很多不足：气体微水测试仪的不同及测试技术上的差异对测试结果影响很大；不仅抽取和监测气体时存在较大的人为误差
4、，而且样气进入监测装置前后周围环境对湿度的最终结果影响极大；从取样到实验室分析，作业流程复杂，花费的时间和费用较高，在技术经济上不能适应电力系统发展的要求；监测周期长，不能及时发现设备的潜在隐患和进行有效的跟踪监测；因为受设备费用和技术力量的限制，不可能每个变电站都配备微水仪，运行人员无法随时掌握和监视断路器的运行状况。由于湿度测量受环境因素影响极大，规程规定测试温度为20。但是SF6气体绝缘断路器多为户外设备，即使在户内也很难选定环境温度为20时测定，况且仍需考虑湿度“滞后”现象。由上述可知，为确保 SF6 断路器乃至电网的安全运行，国内外对 SF6 断路器状态检修及在线监测进行了多方面的研
5、究，发展了一些监测方法，但对 SF6 断路器中 SF6 气体微水1的在线监测的研究与应用还未展开。二、课题研究目标、研究内容和拟解决的关键性问题目前国内外对 SF6 气体绝缘开关中微水含量的监测主要采取“在线抽取样气，离线标准测量”的方式进行。但在具体使用中存在误差大、作业流程复杂，监测周期长、费用高等很多不足，在技术经济上不能适应电力系统发展的要求。因此，研制开发出 SF6气体微量水分在线监测系统对于确保电网的安全稳定运行，促进电力系统监测技术的发展意义十分重大；同时，由于目前 SF6 气体断路器在全国的用量十分庞大，因此该项目的研制有着广阔的市场前景。要研制开发内容“SF6 断路器微水在线
6、监测系统” 是在与电力系统用户长期技术合作的基础上，展开的对 SF6 断路器中 SF6 气体微水含量的在线监测的研发项目。根据项目的整体研发计划，首先设计一套模拟装置，然后在实验室内完成对感应器的选择与设计，进行大量的信息收集，建立一套理论分析在线监测模型，根据实验的结果不断改进和完善系统。在实验室取得重大突破后将确定技术方案。最后制作一套在线监测装置，到现场安装、调试，并进一步完善。主要开发研制内容：（1）对上位机传来的监测阀值进行比较、分析。（2）综合设计出一套 SF6 断路器微水含量在线监测装置。（3）研究在高电压测量环境下的绝缘隔离方法，设计有效的传感器抗干扰电路。（4）对测量值在现场
7、用 LCM 显示，出现非法值时报警。关键技术对 SF6 开关实施微水含量及 SF6 气体泄露在线监测，可望填补国内对这一领域实施在线监测的技术空白，对我国电力系统 SF6 开关的在线监测产生重要影响，其关键技术有：1、湿度传感器技术，由于要求湿度小于 40uL/L 时，精度为不低于 0.5ppm；湿度大于 40uL/L 时，精度为 7.3ppm 这就要求我们对普通的传感器放大量程。2、采用现场供电，光纤通信。3、传感器的安装及系统的密封性研究。34、信号采集及抗干扰技术。5、高压绝缘隔离技术5三、拟采取的研究方法、技术路线、试验方案及其可行性分析针对 SF6 断路器微水在线监测系统的特点，拟采
8、取以下研究方法：首先设计一套模拟装置，然后在实验室内完成对感应器的选择与设计，进行大量的信息收集，建立一套理论分析在线监测模型，根据实验的结果不断改进和完善系统。在实验室取得重大突破后将确定技术方案。最后制作一套在线监测装置，到现场安装、调试，并进一步完善。技术路线：采用科委立项、自主开发的实施模式。断路器智能监测仪原理如下图所示在硬件上，主要由高精度 SF6 微水、温度、压力传感器、SF6 断路器智能监测仪、智能变送器构成。SF6 断路器微水、温度、压力信号采集部分由处于变电站现场的相应信号传感器获取模拟信号，通过激光供电的绝缘平台与高低压信号传输系统，由在现场的嵌入式 SF6 断路器智能监
9、测仪的控制下完成各种监测信号的模数转换，通过通信网络将数据传到主控室内的工控机，监测数据可通过远程通讯网络将现场监测数据传送到局内的 MIS 网络系统，供有关领导和职能部门有权限的查看。考虑到 PIC18F452 单片机的高性价比，选用其作为主控器件 PIC18F452 是 Microchip 公司推出的一款增强型 8 位单片机，采用精简指令集（RISC）的设计，有两级流水线，最高运行频率可达到 10MIPS，能够满足系统对实时性的要求；指令总线 16 位宽，数据总线 8 位宽；单片机内部有 32K 字节的 FLASH 程序存储器，1.5K 字节的数据存储器和 256 字节的 EEPROM，便
10、于系统的扩展；自带 88 硬件乘法器；中断资源丰富，提供 18 个中断源，两个中断优先级，并且中断优先级可配置。PIC18F452 单片机配备了丰富的外围模块，极大地简化了单片机外围电路的设计。同时，Microchip 公司为 PIC18F 系列单片机提供了功能强大的指令集，共 77 条指令，绝大部分指令为单字（2 个字节）存储，单周期执行，应用代码的存储压缩率高，指令执行效率高。光 纤 信 号 传 输 上 位 机 专 家 系 统LD驱 动 电 流 源 大 功 率 半 导 体 激 光 二 极 管半 导 体 致 冷 自 动 温 度 控 制光 纤 脉 冲接 收 器 CPU电 路放 大 整形 电 路
11、 实 时 时钟 电 路 光 纤 能 量 传 输看 门 狗电 路 上 限 报警 电 路LCD显示 电 路键 盘电 路EPROM电 路 RS485总 线6SF6 断路器智能监测仪原理框 图7四、课题的创新性SF6 断路器微水在线监测系统是利用具有高精度、高灵敏度的专用微水传感器为基础的 SF6 断路器微水含量监测，系统采用信号采集及抗干扰技术、激光供电技术及高压绝缘隔离技术。主要目标是实时监测微水含量大小及变化趋势，预防 SF6 断路器的绝缘事故，实现 SF6 断路器微水超标故障的状态维修。可望填补国内对这一领域实施在线监测的技术空白，对我国电力系统 SF6 开关的在线监测具有重要意义。五、计划进
12、度、预期进展和预期成果项目任务周期分解表如下：（见下图）图 102005 年 57 月成立组织机构及研发任务分配，收集有关数据及进行分析研究。2005 年 1012 月开发模拟在线监测装置，在试验室进行模拟研究及数据收集。2006 年 1 月3 月将模拟在线监测装置安装在断路器上试运行，进一步收集有关数据。2006 年 37 月通过国家有关部门鉴定，通过后推出成品，申报产品专利，完成研究课题。任务 资料查询及市 场调研2005.5 2006.1 3时间前期研发10技术方案论证5后期研发7试运行10项目考核验收8六、与本课题有关的工作积累、已有的研究工作成绩通过对本课题的调研，了解电力系统从前的工作流程，了解 SF6 气体的具体性质。学习 PIC 单片机的基本特性，熟悉指令集及它的开发环境，学习操作使用 MPLAB7.2 IDE，学习 485 总线和 Model-bus 协议。已经收收集有关数据及进行分析研究。自 2001 年工作以来一直从事自动化站的网络维护工作，对计算机接口、总线、协议比较熟悉在工作中积累了一定经验。为单位开发的“物资管理信息系统”已经得到了实际的应用。七、研究经费预算计划和经费落实情况
