1、 毕业设计(论文)开题报告题 目：智能断路器测控系统的设计 学 院： 电气信息学院 专 业： 电气工程及其自动化 学生姓名： 皮聪辉 学 号： 14 指导老师： 梁锦 2011 年 04 月 20 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述” ）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述” 应按论文的格式成文，
2、并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 10 篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括 1 篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4统一用 A4 纸，并装订单独成册，随毕业设计（论文）说明书等资料装入文件袋中。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2500 字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。1.1 智能断路器简介随着国民经济的发展，技术的不断进步，无论是工业生产还是日常生活都对电力系统的供电质量提出了越来越高的要求:能够实现不间断供电，
3、即使断电也必须要求断电时间尽可能的短，停电范围尽可能的小。这就要求供电系统具有比较高的自动化程度和智能化水平，当电力系统出现一些故障时系统中的智能保护设备能及时识别故障类型，快速切除系统中的故障部分，防止故障进一步扩大，使整个系统能够正常运行。除了要能正常分合相关系统额定电流外，还要在相关系统故障时能快速有选择性地可靠分断相关系统短路故障电流，且不能出现越级跳闸或拒动现象。当继电保护或控制装置发出外部跳闸指令，当指令到达断路器时，断路器的控制装置确定断路器是否做好执行分合操作的准备，如果好了则控制装置负责完成该指令操作，反之，如果断路器没做好准备，则控制装置闭锁所要求的操作，断路器就不能完成相
4、应的指令操作。为此断路器需要相应的控制监视回路，如气体密度、断路器的分合位置等。此外要求控制回路监视反映断路器运行状态的关键参数，如果这些参数有改变就会闭锁该断路器使之不允许动作，并向运行值班人员发出警告，以便运行人员及时采取行动。以供电公司的变电站为例，一般的 10kV 或 35kV 出线开关柜的二次回路中，断路器的分合位置和弹簧储能是否完成是最主要的监视回路。在 IEC62063 标准中对于智能断路器设备的定义为:具有较高性能的断路器和控制设备，配有电子设备、传感器和执行器，不仅具有断路器的基本功能，还具有附加功能，尤其在检测和诊断方面。智能断路器实现电子操动，变机械能为电容储能，变机械传
5、动为变频器经电机直接驱动，机械运动部件减少到一个，机械系统的可靠性提高，智能断路器具有数字化的接口，可以将位置信息、状态信息、分合闸命令通过网络方式传输。控制回路中电子电路的寿命、可靠性将成为智能断路器技术工程化应用的关键。1.2 智能断路器工作原理与工作模式智能断路器是用微电子、计算机技术和新型传感器建立新的断路器二次系统。其主要特点是由电力电了技术、数字化控制装置组成执行单元，代替常规机械结构的辅助开关和辅助继电器。新型传感器与数字化控制装置相配合，独立采集运行数据，可检测设备缺陷和故障，在缺陷变为故障前发出报警信号，以便采取措施避免事故发生。智能断路器实现电子操动，变机械储能为电容储能，
6、变机械传动为变频器经电机直接驱动，机械系统可靠性提高。在目前阶段，智能断路器得到了相应的发展，具有智能操作功能的断路器是在现有断路器的基础上引入智能控制单元，它由数据采集、智能识别和调节装置 3 个基本模块构成。智能识别模块是智能控制单元的核心，由计算机系统中能够独立执行程序，完成对数据和指令进行加工和处理的部分，由微处理器构成的微机控制系统，能根据操作前所采集到的电网信息和主控制室发出的操作信号，自动地识别操作时断路器所处的电网工作状态，根据对断路器仿真分析的结果决定出合适的分合闸运动特性，并对执行机构发出调节信息，待调节完成后再发出分合闸信号;数据采集模块主要由新型传感器组成，随时把电网的
7、数据以数字信号的形式提供给智能识别模块，以进行处理分析;执行机构由能接收定量控制信息的部件和驱动执行器组成，用来调整操动机构的参数，以便改变每次操作时的运动特性。此外，还可根据需要加装显示模块、通信模块以及各种检测模块，以扩大智能操作断路器的智能化功能。智能断路器基本工作模式是根据监测到的不同故障电流，自动选择操作机构及灭弧室预先设定的工作条件，如正常运行电流较小时以较低速度分闸，系统短路电流较大时以较高速度分闸，以获得电气和机械性能上的最佳分闸效果。这种智能操作要求断路器具有机构动作时间上的可控性，目前断路器常用的气动操作机构，液压操作机构和弹簧操作机构由于中间转换介质等因素，控制时间离散性
8、大，其运动特性很难达到理想的可控状态。采取电磁操作机构的断路器利用电容储能、永磁保持、电磁驱动、电子控制等技术，当机构确定后运动部件只有一个，没有中间转换介质，分合闸特性仅与 线圈 参数相关，可以通过微电子技术来实现微秒级的控制，通过对于速度特性控制实现断路器的智能化操作。智能操作断路器的工作过程是:当系统故障由继电保护装置发出分闸信号或由操作人员发出操作信号后，首先启动智能识别模块工作，判断当前断路器所处的工作条件，对调节装置发出不同的定量控制信息而自动调整操动机构的参数，以获得与当前系统工作状态相适应的运动特性，然后使断路器动作。1.3 智能断路器技术的优点和传统的断路器相比较，智能断路器
9、有着其自身的优点:1、采用智能断路器技术后，对于非故障性的操作，断路器都可以在较低的速度下断开，减少断路器断开时的冲击力和机械磨损，从而提高断路器的使用寿命，在工程上达到较好的经济效益和社会效益。2、采用智能断路器技术可以实现有关高压开关设备的检测、保护、控制和通信等智能化功能。3、传统的重合闸采用重合闸继电器，正常运行时，重合闸继电器的电容进行充电，当发生故障断路器断开后，电容进行瞬间放电从而到达重合目的，当重合于故障时，由于电容未再进行充电，因此重合闸只能进行一次。采用智能断路器技术后有可能改变目前的试探性自动重合闸的工作方式，实现自适应自动重合闸，即做到在短路故障开断后，如故障仍存在则拒
10、绝重合闸，只有当故障消失后才进行重合。采用智能技术后就会避免传统重合闸只能重合一次的弊端。4、实现定相合闸，降低合闸操作过电压，取消合闸电阻，进一步提高可靠性;实现选相分闸，控制实际燃弧时间，使断路器起弧时间控制在最有利于燃弧相位角，不受系统燃弧时差要求限制，从而提高断路器实际开断能力。随着微机技术、微电子技术、计算机网络和数字通信技术的飞速发展，以及人工智能技术在产品研发和研究领域的应用，能断路器将会从简单的采用微机控制取代传统继电器功能的单一封闭装置，发展到具有完整的理论体系和多学科交叉的电器智能化系统，成为电气工程领域中电力开关设备、电力系统继电保护、工业供配系统及工业控制网络技术新的发
11、展方向。1.4 智能断路器的发展智能断路器已将计量、控制及通信等功能融于一体，使电力设备的模块化、系统化成为可能。微控制器技术的不断发展又为智能断路器功能的多样化，可靠性的提高，性能优化提供了技术保障。智能断路器的核心是智能控制器，其性能的高低是判断智能断路器是否先进的主要依据。自 20 世纪 70 年代开始出现了智能控制器，随着各项技术的广泛应用和发展，如微电子、计算机技术、网络通信技术和新型传感器技术的快速发展和综合应用，使得智能控制器出现了突飞猛进的发展。作为智能断路器技术的补充，断路器智能监视和控制技术得到了相应的发展并在工程上得到广泛的利用。近年来国内外制造商陆续推出了智能断路器的相
12、关技术，国外公司有 ABB 高压技术公司推出了插接式开关系统 PASS( Plug Switch System )，采用了智能化传感器技术和微处理器技术，通过数字通信实现对设备的在线监测、诊断、过程监视和站内计算机监控。全部采用智能化 PASS 系统的澳大利亚 275kv Blackwall 变电站和Braemar 变电站分别己于 1999 年和 2000 年投入运行。另外还有日本三菱电机开发的550kV 智能化开关产品 MITS( Mitsubishi Information Technology Switehgear)以及西门子公司的 HIS(Highly Integrated Switc
13、hgear)。由南瑞继保、北京四方提供配套二次保护控制设备的 MITS 系统在广东 500kV 西江变电站进行运行试验。国内公司的有平顶山天鹰集团的 ZFll-252kV GIS，状态监控系统集成了传感器技术、PLC 技术、计算机技术、检测技术、网络技术和通信技术等，实现了 GIS 产品内部电器元件，特别是是对其中断路器及其操作机构部分的状态监测，通过对各种参数的采集和结果的分析处理，完成状态信息和分析结果的显示以及相应的控制操作。该系统已经在云南大关变电站应用。此外南瑞继保 PCS-9820A 智能控制装置和 CZX-12RI 型操作继电器也可组成智能断路器操作系统。断路器智能化是一项更新换
14、代的工作，它涉及到很多领域的技术进步和创新发展，如传感技术、微电子技术、计算机技术、信息技术以及断路器本身及操动机构等方面，需要更多的投入和开发。因此，随着各项技术的发展和各种产品的研发，智能断路器将逐步进入实用化阶段。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 开 题 报 告 ： 一 、 课 题 的 目 的 与 意 义 ； 二 、 课 题 发 展 现 状 和 前 景 展 望 ； 三 、 课 题 主 要内 容 和 要 求 ； 四 、 研 究 方 法 、 步 骤 和 措 施2.1 课题的目的与意义在低压电器领域，断路器是一种非常重要的器件。智能型低压断路器具有传统断路器所没有的自动化、智能化、模块化
15、的优点，它以智能控制器为核心，是一种把微处理器技术、网络技术和信息技术集成在一起的高新技术产品。随着计算机、微处理器、光纤传导技术、传感器技术和数字处理技术的迅速发展和应用，出现了带微处理器的智能控制电器产品。智能断路器的智能操作是断路器智能化发展过程中的一个全新的概念。断路器智能操作的目的是当系统中出现故障时，控制电器控制断路器动作，快速切除系统中的故障部分，防止故障扩大，保证设备与人身的安全，使系统其他部分运行正常。控制单元是实现智能操作的核心部件，其基本任务是通过对电网参数的采集和处理来给出相应的控制信息，以获得断路器所需的分断延时。 智能型断路器的中枢部件是智能测控单元，它承担着断路器
16、的各种保护、报警、显示与控制功能。由于采用了计算机技术、数字处理技术、控制理论、可编程逻辑技术和串行通信技术等，智能测控单元的功能日趋完善，除实现各种选择性保护功能外，还具有显示、故障记录、自诊断、试验以及控制等各种辅助功能，此外还可以通过网卡或接口转换器实现遥测、遥调、遥控、遥信等“四遥”功能，适用于网络系统，通过上位机可集中监察和控制。因此，带智能测控单元的断路器在低压配电系统中得到了广泛应用，具有很大的现实意义。2.2 课题发展现状与前景展望智能断路器性能远优于传统的断路器产品，国内在微机保护和监控系统的研制方面起步较晚，产品主要性能与国外相比还存在较大的差距，许多技术问题还需要进一步的
17、探讨和解决。智能断路器又叫自动空气开关或自动开关，它的主要特点是具有自动保护功能，当发生短路、过载、欠电压等故障时能自动切断电路，起到保护作用，断路器具有数字化的接口，可以将位置信息、状态信息、分合闸命令通过网络方式传输。本文介绍了智能 断路器 基本原理、工作模式和工作过程。和传统的断路器相比较，智能断路器有着其自身的优点。随着各项技术的发展和各种产品的研发，智能断路器将逐步进入实用化阶段。随着我国电网建设的快速发展，数字化变电站成为建设和研究的热点。数字化变电站的核心在于一次设备的智能化与二次设备的网络化。对于断路器这种极其重要的电力一次设备而言，其智能化的实现有十分重要的意义。断路器智能化
18、在于运行状态实时监测，通断精确，智能控制和信息传递网络化等。随着电力 电子 技术和自动控制理论的广泛应用，计算机与网络通信技术的飞速发展，以及对传感器技术和人工智能的深入研究和综合应用，智能断路器的功能得到了极大的扩展和完善。2.3 课题主要内容和要求1. 测量模块设计。 2. 控制模块设计。 3. 电磁兼容设计。 4. 软件设计。2.4 课题研究的进度安排3 月 5 日至 3 月 16 日：查阅资料、撰写文献综述、撰写开题报告 3 月 18 日至 3 月 30 日：毕业实习、撰写实习报告 4 月 1 日至 4 月 10 日：总体方案的确定 4 月 11 日至 5 月 5 日：硬件系统的设计
19、5 月 6 日至 5 月 20 日：软件设计 5 月 21 日至 6 月 8 日：撰写毕业设计说明书（论文） 6 月 9 日至 6 月 12 日：修改、装订毕业设计说明书（论文） 6 月 13 日至 6 月 18 日：毕业设计答辩2.5 课题研究方法、步骤和措施1、控制电路硬件的设计；1.2 微处理器的选择；1.3 温度的监测；1.4 实时时钟电路；1.5 信号采集电路；1.6 总线接口模块；2、软件的设计；2.1 测控软件的算法；2.2 实时时钟与温度检测软件设计；2.3 通信接口软件设计参考文献智能电器 ，何俊佳、孙辉等编著；自 动 控 制 原 理 ，谢克明编著；万能式断路器智能控制器研究 ，金升福；基于 Profibus-DP 从设备开发的协议分析与软件设计 ，周侗；现场总线技术及其应用 ，阳宪惠；毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述 ”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：指导教师： 年 月 日所在专业审查意见：负责人： 年 月 日
