畢業(yè)設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文）開題報(bào)告
學(xué) 院
機(jī)械與汽車工程學(xué)院
專 業(yè)
班級學(xué)號
學(xué) 生
指導(dǎo)教師
題 目
低壓開關(guān)柜磁場測量和柜體設(shè)計(jì)
任務(wù)實(shí)際
進(jìn)行日期 自 日止
低壓開關(guān)柜磁場測量和柜體設(shè)計(jì)
1 課題背景及意義
高低壓開關(guān)設(shè)備主要用于發(fā)電廠、系統(tǒng)變電站、中小型發(fā)電機(jī)送電、工礦企事業(yè)配電、電力系統(tǒng)二次變電所的受送電及大型高壓電機(jī)啟動(dòng)等，用于控制、保護(hù)、監(jiān)測之用。在目前高低壓成套開關(guān)設(shè)備工程設(shè)計(jì)中，由于用戶范圍大，用戶對開關(guān)柜的要求更高更復(fù)雜，且地方性差異大，因此接線方案類型繁多，元器件選型標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，給工程管理、設(shè)計(jì)造成了較大麻煩，影響到工程設(shè)計(jì)效率及整個(gè)產(chǎn)品交付計(jì)劃。
除此之外還有個(gè)問題就是高壓開關(guān)柜體積大，使用材料較多，并且由于其重量及占地面積大而引起使用單位在運(yùn)輸和安裝上非常不方便，所以減小開關(guān)柜的體積就變得十分有必要。
2 文獻(xiàn)綜述
2.1 國外高壓開關(guān)柜的技術(shù)水平
主開關(guān)元件無油化高壓開關(guān)柜根據(jù)柜內(nèi)主開關(guān)元件的不同可分為通用型高壓開關(guān)柜 (主開關(guān)元件為斷路器, 即斷路器柜)，F(xiàn)一C 柜 (高壓限流熔斷器十高壓接觸器 )及環(huán)網(wǎng)柜(高壓負(fù)荷開關(guān) + 高壓限流熔斷器 )。斷路器柜內(nèi)可配置少油斷路器、真空斷路器或S凡斷路器。占主導(dǎo)地位幾十年的少油斷路因存在電壽命短、維修頻繁和易燃易爆的缺陷, 已趨于淘汰。而無油化斷路器尤其是真空斷路器已占主導(dǎo)地位。國外廠家生產(chǎn)的高壓開關(guān)柜選用高可靠性的一次電器元件,如免維護(hù)小型斷路器、長壽命斷路器組件、小型高可靠性的隔離開關(guān)和接地開關(guān)。
2.2性能逐步提高
近幾年來,高壓開關(guān)柜技術(shù)發(fā)展很快,性能逐步提高。主要體現(xiàn)在技術(shù)參數(shù)和壽命的逐步提高,體積減小,故障率降低。
2.2.1容量
西門子、ABB、美國通用電氣(GE)、西屋公司等
國外廠家的產(chǎn)品,最大容量指標(biāo)為:12kV柜:額定電流5《XX)A,額定短路開斷電流63kA。36(叨.5)kV柜:額定電流25X()八,額定短路開斷電流粼IA。西門子公司8B4K0型開關(guān)柜,帶抽出式斷路器,額定電壓1.75kV,額定電流SJI)A,額定開斷電流63kA。ABB公司253.2型36kV開關(guān)柜,額定電流2500A,額定開斷電流40kA。又如西門子公司8B4K1型移開式發(fā)電機(jī)組真空開關(guān)柜,額定電流可達(dá)到2500A,額定短路開斷電流80kA。
2.2.2開關(guān)柜機(jī)械壽命
美國GE公司PV型額定電壓12kV、額定電流3《XX)A、額定開斷電流48kA的雙層真空開關(guān)柜,機(jī)械壽命為4萬次,滿容量開斷電流次數(shù)可達(dá)60次。荷蘭Hole。公司12kVU4T柜配用NVU12真空斷路器手車,機(jī)械壽命為3萬次,短路開斷電流次數(shù)達(dá)100次。
2.2.3體積減小
ABB、AEG(德國通用電力公司)、GE、日本三菱、富士等公司12一17.skV斷路器柜寬僅570一700mm。
2.2.4故障率降低
可靠性的提高特別是以真空開關(guān)柜尤為突出。
2.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
2.3.1組裝式結(jié)構(gòu)
高壓開關(guān)柜的柜體結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了從焊裝式到組裝式的變遷。開關(guān)柜體均以金屬板或敷鋁鋅板以CNC機(jī)床加工折彎成形,再用螺栓、螺母或拉鉚螺母組裝而成,具有加工精度高、變形量小、互換性好等特點(diǎn)。
2.3.2絕緣
選用優(yōu)質(zhì)阻燃性絕緣材料,應(yīng)用復(fù)合絕緣技術(shù),將母排用固體絕緣材料封閉起來。良好的絕緣可防潮、防塵,減少運(yùn)行故障。
2.3.3內(nèi)部故障
電弧防護(hù)開關(guān)柜的主開關(guān)室、母線室、電纜室均在頂部設(shè)置壓釋放通道。在發(fā)生內(nèi)部電弧故障時(shí),自動(dòng)打開壓力釋放金屬板,排泄壓力和氣體,以確保設(shè)備和人身安全。開關(guān)柜的門和隔板均采用高強(qiáng)度密封,可以保證在發(fā)生內(nèi)部電弧故障時(shí)不會(huì)噴射危及相鄰開關(guān)柜和運(yùn)行人員安全的電弧及氣體。
2.4 智能化
智能化開關(guān)柜是新一代的機(jī)電一體化產(chǎn)品,它是在高壓開關(guān)柜上配置智能型保護(hù)控制單元。保護(hù)控制單元是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)而構(gòu)成的集控制、保護(hù)、測量和通信于一體的裝置。
2.5 充氣拒異軍突起
1982年西門子公司率先推出充氣柜SDA10(單母線柜)和SDB10(雙母線柜)后,世界各大電器制造公司紛紛仿效,開發(fā)出自己的產(chǎn)品。20世紀(jì)90年代以來,國外有實(shí)力的公司都開發(fā)出了自己的高壓開關(guān)柜“精品”,它們的共同特點(diǎn)是:提高絕緣,改變開關(guān)柜的結(jié)構(gòu),高可靠性。如日本三菱公司的MA一EC型落地式手車柜,荷蘭Hdec公司的UinotleUN4型落地式柜。德國西門子公司在推出.72一36kV的8BK20系列中置柜后,近年又推出了NXAIR型結(jié)構(gòu)和性能更先進(jìn)的斷路器組件式開關(guān)柜。ABB公司除推出251型中置柜外,同時(shí)還推出了25.32、258.1、25.82等型結(jié)構(gòu)先進(jìn)、可靠性更高的愷裝式開關(guān)柜和箱式開關(guān)柜。法國S山neider電氣公司制造的Moet愷裝式開關(guān)柜、GEClAstham公司的VISAX型開關(guān)柜,設(shè)計(jì)獨(dú)具特色,結(jié)構(gòu)非常簡單,是性能優(yōu)良、可靠性高的智能型高壓開關(guān)柜。美國GE公司PV型雙層愷裝式斷路器柜,日本研制的四層斷路器柜已投放市場。在中置式開關(guān)柜類型中,AEG薩克森的AHA型、lAston的IPD型、東芝公司VE型、富士公司VC型都具有結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠、長壽命和操作安全的特點(diǎn),不失為開關(guān)柜中的“精品”
2.6 我國高壓開關(guān)柜行業(yè)現(xiàn)狀與技術(shù)水平
從20世紀(jì)60年代末期起,我國高壓開關(guān)行業(yè)開始自行設(shè)計(jì)高壓開關(guān)柜。自80年代以來,隨著引進(jìn)消化國外產(chǎn)品,技術(shù)水平迅速提高,品種也迅速增加到幾十種,有間隔式、愷裝式、箱式等開關(guān)柜;有可移開式,也有固定式;在移開式產(chǎn)品中,不僅有落地式,也開發(fā)了中置式和雙層柜。同時(shí)還開發(fā)出在特殊場所,如鐵路、礦山使用的開關(guān)柜。我國高壓開關(guān)柜的技術(shù)水平可歸納為:
(l)產(chǎn)品容量增大。
12kV柜:額定電流4000A,額定短路開斷電流63kA。4.05kV柜:額定電流25000A,額定短路開斷電流31.skA。
(2)產(chǎn)品品種齊全,能滿足嚴(yán)酷條件、高寒、地震地區(qū)和礦山、鐵路部門使用。
(3)應(yīng)用新工藝裝備和技術(shù)。已有數(shù)百家企業(yè)擁有數(shù)控加工設(shè)備“三大件”,在此基礎(chǔ)上的柔性加工系統(tǒng),提高了殼體尺寸精度和生產(chǎn)效率。采用較先進(jìn)的涂裝工藝裝備,噴漆生產(chǎn)線和噴粉工藝線使產(chǎn)品防護(hù)能力和外觀都有較大提高。同時(shí)具有專用的母線加工設(shè)備。國內(nèi)高壓開關(guān)柜已逐步淘汰少油斷路器,采用新型真空或SF6斷路器,其中ZN28、ZN12、ZN60、ZN63A、ZN65、ZN67、VSI等真空斷路器性能可靠而應(yīng)用范圍較廣。
3 研究內(nèi)容和方法
3.1 研究內(nèi)容
本課題是研究開發(fā)類型的課題，主要內(nèi)容涉及傳感器的搜集及柜體的3D建模等。
以滿足相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、 國家電網(wǎng)公司或南方電網(wǎng)公司正式發(fā)布的設(shè)計(jì)規(guī)范或要求及設(shè)備運(yùn)行條件的基本要求為原則，同時(shí)盡量做到以下幾方面。
1.一次主接線系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和國網(wǎng)統(tǒng)一要求，參考典型設(shè)計(jì)方案。
2.柜體結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)國網(wǎng)要求統(tǒng)一化、系列化。
3.元件選型根據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和國網(wǎng)要求基本統(tǒng)一化。
4.整體技術(shù)參數(shù)條件設(shè)計(jì)根據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和國網(wǎng)統(tǒng)一要求。
5.取消地方差異化要求。
6.二次原理圖設(shè)計(jì)按國網(wǎng)典型設(shè)計(jì)要求執(zhí)行。
3.2 研究方法
在設(shè)計(jì)前期，需要查閱相關(guān)資料，對各種傳感器的工作原理和特性進(jìn)行深入分析，了解其對工作環(huán)境的要求。在此基礎(chǔ)上，合理對傳感器進(jìn)行安排布置以適應(yīng)不同尺寸的器件。執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)增加閉環(huán)反饋的設(shè)計(jì)，以達(dá)到高精度、高可靠性的目的。對于檢測部件，要根據(jù)其相關(guān)特性進(jìn)行合理排布，并通過實(shí)驗(yàn)來檢測其工作特性，根據(jù)需要不斷調(diào)整各部件的位置和間距，最終達(dá)到理想的工作效果。
根據(jù)大電流發(fā)生器的原理，利用穩(wěn)流控制器、電控調(diào)壓器、變 壓器和電流互感器設(shè)計(jì)一個(gè)強(qiáng)電穩(wěn)流閉環(huán)控制系統(tǒng)；該電流系統(tǒng)為斷路器提供三倍測試電流，可以縮短斷路器的測試時(shí)間，提高系統(tǒng)的測試效率。
基于 CLIPS 軟件設(shè)計(jì)了塑殼斷路器測試系統(tǒng)的專家系統(tǒng)，主要包括強(qiáng)電參數(shù)調(diào)整、測試時(shí)間調(diào)整、機(jī)構(gòu)角度調(diào)整和電機(jī)參數(shù)調(diào)整。專家系統(tǒng)的引入使測試系統(tǒng)具有智能化，測試結(jié)果更為精確。
采用用戶分權(quán)管理思想設(shè)計(jì)了上位機(jī) WINCC 監(jiān)控軟件，采用模塊式設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)了下位機(jī) PLC 控制軟件，實(shí)現(xiàn)了測試調(diào)整過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制。
4 技術(shù)路線
（1）收集和查閱有關(guān)低壓開關(guān)柜的特點(diǎn)和性能資料，編寫開題報(bào)告；
（2）制定低壓開關(guān)柜磁場測量和柜體設(shè)計(jì)方案；
（3）尋找體積較小，性能穩(wěn)定的傳感器，從而減小柜體的體積；
（4）繪制低壓開關(guān)柜電氣圖；
（5）撰寫畢業(yè)論文。
5 預(yù)期成果
1.完成開關(guān)柜的3D建模
2.發(fā)現(xiàn)并利用體積更小的傳感器。
3.完成整體設(shè)計(jì)。
6 進(jìn)度安排
1.第1～4周：文獻(xiàn)檢索，資料收集，寫出開題報(bào)告，完成外文資料翻譯。
2.第5～8周：設(shè)計(jì)方案討論，設(shè)計(jì)方案確定，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
3.第9～12周：高壓開關(guān)柜柜體結(jié)構(gòu)圖。
4.第13～14周：對GMR傳感器特性分析，進(jìn)行相應(yīng)傳感器實(shí)驗(yàn)
5.第15～16周：撰寫論文。
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