【正文】 DS1820 （一線式）數(shù)字溫度傳感器將55～125℃間的溫度信號轉(zhuǎn)換成9位二進(jìn)制：一位符號位，8 位數(shù)據(jù)位。處理后的信號A、B 經(jīng)過單穩(wěn)態(tài)電路74HC4538挑出上跳沿、下跳沿，四個跳沿信號結(jié)合原信號A、B 送GAL 芯片16V8 [29] ，通過該芯片實(shí)現(xiàn)四倍頻和正反向辨向功能。斷路器的分、合閘線圈直流電流，（霍爾傳感器）變換成0～100mA電流信號，經(jīng)過40～200Ω測量電阻R 將電流信號轉(zhuǎn)換成輸出電壓， 經(jīng)低通濾波器濾波，濾波后的信號放大匹配電路基本和上述電路相同（只是不需要偏置電路）這里不作祥述。 1 模擬量輸入環(huán)節(jié) 模擬量輸入環(huán)節(jié)即模擬量輸入通道，在該通道完成信號的濾波、放大倍數(shù)匹配等功能。兩個SPI接口，可用來擴(kuò)展串行接口芯片和單元。用Flash或OTP型可快速制作樣機(jī)、用Flash型可作現(xiàn)場更新，且容易學(xué)習(xí)和設(shè)計程序，從而加快產(chǎn)品開發(fā)速度，縮短開發(fā)周期。 （9）串行在線編程能力，無需外加編程電壓，帶有密碼鎖。 新一代單片機(jī)MSP430簡介 在本設(shè)計中，我們選用了TI 公司新近推出的新一代功能強(qiáng)大的MSP430系列單片機(jī)，該系列單片機(jī)具有如下特點(diǎn)[10] ： （1）超低功耗，典型功耗是：，活動模式為250μA，且具有5種節(jié)能工作方式。與傳統(tǒng)在線監(jiān)測系統(tǒng)相比，現(xiàn)代在線監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備部分本身就是一個完整的監(jiān)測系統(tǒng)，在通訊完全中斷的情況下它依然可以自成體系，從而減輕了對上位機(jī)的依賴。 第3章 硬件設(shè)計 硬件系統(tǒng)組成概述 傳統(tǒng)在線監(jiān)測系統(tǒng)組成 傳統(tǒng)的在線監(jiān)測系統(tǒng)[5]（）包括以下基本單元： （1） 信號變送：一般由傳感器來完成，它從電氣設(shè)備上檢測出那些反映 設(shè)備狀態(tài)的物理量，例如電流、電壓、溫度、壓力等，并將其轉(zhuǎn)換為合適的電信號傳送到后續(xù)單元。熱阻的計算方法如下： 1) 熱傳導(dǎo)熱阻的計算方法 由于熱傳導(dǎo)散熱量和接觸面成正比和板厚成反比，故此有熱傳導(dǎo)熱阻計算公式如下： （） 式中：δ――導(dǎo)熱體厚度[m]； A ――導(dǎo)熱體截面[ ] λ――熱導(dǎo)率[W / m .K ]，也稱熱導(dǎo)系數(shù)。 傳導(dǎo) 當(dāng)直接接觸的物體之間有溫度差時，溫度高的物體將熱量傳給溫度低的物體。 （2） 接觸形式 分為點(diǎn)接觸、線接觸和面接觸，接觸點(diǎn)數(shù)越多接觸電阻越小。 【28】 斷路器的發(fā)熱與散熱 a 斷路器發(fā)熱源[17] 斷路器發(fā)熱的來源在于內(nèi)部的能量損耗，降低斷路器的工作溫度的主要途徑就是設(shè)法減小損耗。 累計電磨損是從工程實(shí)際角度考慮，來實(shí)現(xiàn)對斷路器觸頭的電壽命在線監(jiān)測的一種實(shí)用方法，它方便、易行。b SF6斷路器觸頭相對電磨損公式的推導(dǎo) 對于SF6斷路器觸頭的電磨損，用文[27]中所給弧觸頭的允許開斷次數(shù)與開斷電流的關(guān)系曲線和對應(yīng)的公式，推導(dǎo)相對電磨損公式。凈損失多是在電弧高溫作用下已熔融或氣化的觸頭表面被流體介質(zhì)沖走或噴濺所造成。 取，則有: ()本文僅給出最大誤差點(diǎn) 時的仿真結(jié)果，其他情況的誤差比該情況下小。對前節(jié)得出的最大斜率算法公式（）進(jìn)行定性分析如下：當(dāng)增加時，兩采樣點(diǎn)間時間間隔 不變， 增大，故該式的分母增加。即： 1 （） 取每周12點(diǎn)時，則有： 1 （） 從以上分析可以看出，在每周12點(diǎn)時，（）式的左式恒不大于1，而其右式恒大于1，（）式的左式和右式不相等是產(chǎn)生誤差的原因。在被開斷電流變化范圍寬、短路電流含有直流分量、短路電流大到一定程度時CT會出現(xiàn)不同程度的磁飽和等因素的影響下，恰當(dāng)?shù)倪x擇算法是很困難的。事實(shí)上，同一斷路器在同樣的外部條件下先后兩次開斷同樣大小的電流值，其燒損程度也不可能相同，而且，開斷電流相差很大時，斷路器觸頭的燒損機(jī)理不同，燒損相差更大。而我們可以精確測得平均速度，故本在線監(jiān)測裝置只給出平均速度。關(guān)鍵問題是：如何有效的提取首相開始有電流和三相全部有電流信號。主觸頭超行程幾乎沒有變化，而滅弧觸頭超行程則隨著開斷次數(shù)增多而減小。關(guān)于換位點(diǎn)的確定不同文獻(xiàn)有不同的方法。且任一時刻的計數(shù)速率就是此時的速度?，F(xiàn)在一些生產(chǎn)廠家干脆在合閘時只測超程，在分閘時只測開距，以回避彈跳過程。所以，為了提高測量精度和測量結(jié)果的有效性，在本設(shè)計中，狀態(tài)量為中斷方式輸入，沒有延時；位移量脈沖記錄由高速計數(shù)器自動完成；模擬信號的采樣頻率為6000Hz。事實(shí)上是單片機(jī)的定時器配合斷路器分、合閘過程中的如下輸入信號： （1） 分、合閘命令信號。各個動作過程又是順序時間鏈的子時間鏈。 分閘不同期：從首極分開始到所有極都分為止的時間之差。因此，斷路器的機(jī)械特性參數(shù)對電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。以Ｚ80單板機(jī)作微處理器的微機(jī)系統(tǒng)測速誤差大、導(dǎo)電桿總行程和導(dǎo)電桿超行程測量精度低、達(dá)不到對速度、行程、超行程的測量精度，隨著MCS51系列單片機(jī)的出現(xiàn)而逐漸被淘汰。其參數(shù)包括：分、合閘時間、分、合閘同期性、開距、超程、剛分、合速度、平均速度和最大速度等。以該單片機(jī)為核心，構(gòu)造硬件電路對斷路器的各參量進(jìn)行采集、處理和運(yùn)算實(shí)現(xiàn)上述各功能，并用匯編語言實(shí)現(xiàn)之。相同領(lǐng)域，國內(nèi)正在發(fā)展一種超高頻法，旨在對局部放電進(jìn)行定位和監(jiān)測，目前尚未投入實(shí)際應(yīng)用。 （2）高壓斷路器的機(jī)械振動信號包含豐富的信息，受到國內(nèi)外普遍重視。GIS 技術(shù)的廣泛應(yīng)用成了高壓斷路器在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的另一股推動力。目前，國家依然推行的是計劃性預(yù)防檢修。 （7）系統(tǒng)應(yīng)具有故障診斷能力。 （4）在不斷積累監(jiān)測數(shù)據(jù)和診斷經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展人工智能技術(shù)，建立人工神經(jīng)網(wǎng)和專家系統(tǒng)，逐步實(shí)現(xiàn)診斷自動化。清華大學(xué)、西安交通大學(xué)等高校則開始了絕緣診斷技術(shù)的研究。 電力設(shè)備在線監(jiān)測 電力設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展史 早在1951 年，美國西屋公司的約翰遜（John ）針對運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)因槽放電[5]導(dǎo)致電機(jī)損壞現(xiàn)象，提出并研究了在電機(jī)運(yùn)行條件下對槽放電現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)視。長期以來的計劃檢修，盲目解體拆卸，浪費(fèi)了大量的人力物力和財力，同時也造成了停電損失，甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備壽命的降低。高壓斷路器所造成的事故無論是在次數(shù)，還是在事故所造成的停電時間上都占據(jù)總量60％以上。 關(guān)鍵詞：斷路器 在線監(jiān)測 機(jī)械特性 觸頭電壽命 觸頭溫度 Online Monitoring of HVCB Abstract HVCBonlinemonitoring isessentialforpredictingmaintenance and as a supplement to the traditional offline preventive maintenance is the key factor of its reliable operation. In fact,the faults on HVCB account for over 60 percent both in number and duration of all the faults occurring in a substation. Therefore, online monitoring ofHVCB could significantly improvepower supply reliability and greatly reduce the expense for regular overhaul. In this thesis, the inspecting methods of HVCB mechanical characteristics are discussed. According the shutoff times of HVCB at rated short circuit given by manufacturer,the contacts life loss can be calculated for each operation, and the remaining life can be forecast. In this thesis, an indirect method is proposed for determining the main contact temperature based on the breaker shell temperature, air circumference temperature and breaker’s heat resistance, and furthermore, determining the main contact esistance provided the load current is know. The online monitoring ris implemented with MSP430, a new Single Chip Microputer by Texas Instrument, with its lower supply voltagerange of this chip （～）is well treated. In the design of munication module, interfacing problem caused by different voltage supply levels (MAX1480 and MSP430) is carefully solved, and a connection scheme is devised in this paper as well. Kywords: HVCB Online Monitoring Mechanical Characteristic Touch Electricity Endurance Touch Temperature 目 錄第1章 緒 論..........................................................1 電力設(shè)備在線監(jiān)測................................................... 1 電力設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展史.................................... 1 電力設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)展望...................................... 2 在線監(jiān)測系統(tǒng)的基本要求........................................ 2 高壓斷路器在線監(jiān)測................................................. 2 高壓斷路器在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展史.................................. 2 國內(nèi)外高壓斷路器在線監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀............................... 3 論文主要工作及取得的成果........................................... 3第2章 在線監(jiān)測方案設(shè)計................................................5 機(jī)械特性在線監(jiān)測................................................... 5 機(jī)械特性在線監(jiān)測的必要性...................................... 5 機(jī)械特性參數(shù)的標(biāo)定............................................ 5 機(jī)械特性參數(shù)的采集........................................... 8 機(jī)械特性參數(shù)的確定........................................... 9 機(jī)械故障診斷................................................. 10 觸頭電壽命在線監(jiān)測................................................ 10 分閘電流數(shù)據(jù)采集及算法....................................... 11 滅弧觸頭電壽命預(yù)測原理....................................... 17 主觸頭導(dǎo)電性能在線監(jiān)測方法的探討.................................. 19 斷路器的