五邑大学本科毕业设计
摘 要
随着我国电力工业的发展和用电量的迅速增加，中压断路器在配电和保护线路中起着日益重要的作用；随着控制技术、信号处理技术、半导体集成技术、传感技术的高速发展，中压断路器控制单元的智能化也在不断的发展，从开断性能上实现智能化。它的实现将改变目前断路器单一的开合方式，使断路器能够根据不同的工作条件，实时地调整操作机构的运动特性，达到最佳的电气特性和机械特性，对断路器的可靠运行、寿命延长等都具有重要的工程意义和实用价值。
本文在公司产品——中压真空断路器的基础上，增设了以AT89C52单片机为核心芯片的控制系统，它集保护、控制、测量、开关量监测等功能于一体。可实现对电压、电流、现场温度、触头开关量的实时监测，具有过电流保护、过电压和欠电压保护以及报警等功能，进一步提升了断路器的整体性能。
关键词 真空断路器；弹簧机构；单片机；智能化；真空灭弧室
I
五邑大学本科毕业设计
Abstract
Along with the development of Chinese power industry and the explosion，middle voltage circuit breaker protection circuit in the distribution and plays an increasingly important role；As control technology, the signal processing technology, semiconductor integrated technology, sensing technology rapid development, the control unit of middle voltage circuit breaker in the development of intelligent also unceasingly, from the circuit breaker performance on intelligence. It will change the way a open circuit breaker, made according to different work circuit breaker, real-time adjust the operating mechanism of the motion characteristics, The reliable operation of breaker and prolong life has important theoretical significance and practical value.
In this paper based on the original company . Added with AT89C52 control system , incorporate protection, control and switch quantity measurement, the function such as monitoring. Can realize to voltage, current, power, reactive power, real-time monitoring of temperature with the protection, over-voltage and velocity of voltage protection, owe alarm functions, to further promote the overall performance of the breaker .
Keywords Vacuum circuit breaker Spring institutions Microcontroller intelligent Vacuum arcing chamber
II
五邑大学本科毕业设计
目 录
摘要 .................................................................................................................................................. I Abstract .......................................................................................................................................... II
第1章 绪论 ................................................................................................................................... 1
1.1 电器智能化的现状与前景 .............................................................................................. 1 1.2 课题的来源以及意义 ...................................................................................................... 1 1.3 本文研究的主要工作 ...................................................................................................... 4 第2章 断路器新旧特性比较 ....................................................................................................... 5
2.1 断路器原特性 .................................................................................................................. 5 2.2 断路器新特性 .................................................................................................................. 5 2.3 本章小结 .......................................................................................................................... 5 第3章 电子操动与弹簧机构 ....................................................................................................... 6
3.1传统的操动机构及其局限性 ........................................................................................... 6 3.2弹簧储能式操动机构的构成和原理 ............................................................................... 6 3.3 电子操动的构成与工作原理 .......................................................................................... 7 3.4 电子操动控制精度与可靠性浅析 .................................................................................. 8 3.5 本章小结 ........................................................................................................................ 10 第4章 真空灭弧室的特点 ......................................................................................................... 11
4.1 真空灭弧室的用途 ........................................................................................................ 11 4.2 真空灭弧室的构成 ........................................................................................................ 11 4.3 真空灭弧室的工作原理 ................................................................................................ 11 4.4 本章小结 ........................................................................................................................ 12 第5章 电力系统短路等故障的分析 ......................................................................................... 13
5.1 电力系统概况 ................................................................................................................ 13 5.2 短路故障浅析 ................................................................................................................ 13
5.2.1 短路类型 ............................................................................................................. 13 5.2.2 短路的危害 ......................................................................................................... 14 5.2.3 造成短路的主要原因 ......................................................................................... 14 5.3 本章小结 ........................................................................................................................ 15 第6章 智能化控制单元的硬件设计 ......................................................................................... 16
6.1 智能控制单元的整体结构框架 .................................................................................... 16 6.2 单片机的概述 ................................................................................................................ 17 6.3 AT89C52单片机外围电路的设计 ................................................................................. 18
6.3.1 手动、上电复位模块 ......................................................................................... 18 6.3.2 电网信号检测模块 ............................................................................................. 19 6.3.3 执行模块 ............................................................................................................. 21 6.3.4 温度检测、液晶显示、报警装置模块 ............................................................. 21 6.3.5 通信模块 ............................................................................................................. 22 6.3.6 控制单元的电磁干扰问题 ................................................................................. 22 6.4 本章小结 ........................................................................................................................ 23 第7章 智能化控制单元的软件设计 ......................................................................................... 24
III
五邑大学本科毕业设计
7.1 软件设计总述 ................................................................................................................ 24 7.2 AT89C52主程序的设计 ................................................................................................. 24 7.3 电网故障中断程序设计 ................................................................................................ 25 7.4 分合闸程序编写 ............................................................................................................ 26 7.5 温度检测程序设计 ........................................................................................................ 29 7.6 LCD显示程序设计 ......................................................................................................... 31 7.7 通信程序设计 ................................................................................................................ 32 7.8 本章小结 ........................................................................................................................ 35
结论及工作展望 ........................................................................................................................... 36 致谢 ............................................................................................................................................... 37 参考文献 ....................................................................................................................................... 38 附录1 总电路图 .......................................................................................................................... 39
IV
五邑大学本科毕业设计
第1章 绪论
1.1 电器智能化的现状与前景
改革开放以来，我国电力工业发展迅速。全国各大电力公司不约而同地大了送电、配电的投资力度，其主要目标是实现送、配电网自动化，以确保提供给用户的电能质量满足要求。
断路器是电力系统中非常重要的电气设备，在电网中担当着重要的角色，它起着开断和关合正常与故障线路的作用。传统意义的断路器是一个被动执行开断和关合线路的装置，其操作指令来自于人工命令或继电保护单元，断路器本身并无检测、判断电力统故障和监视自力系统本身状态的能力。随着微处理器技术和传感技术的迅速发展，开关设备与微电子技术、控制技术、通讯技术、电力电子技术的结合也日益紧密，电力设备的操作、运行、保护均朝着智能化方向发展。传统的机械电磁式仪表、计量、通讯、保护及控制、监测技术，将被传感器、微机所取代，它可以方便地由计算机完成通讯、监测、抄表、继电保护及数据存储、传输信息、在线故障监测等，为无人值班变电站创造条件。现代电子技术为断路器的智能化提供了条件，利用微电子技术和计算机技术，不但可以使断路器测量某些参数和检测自身的状态，而且还可以对电力系统参数进行自动采集、处理和故障识别，并根据预先确定的序自动切除故障。除此之外，还可以实现断路器与中央控制计算机的双向通信，构成智能化监控、处理、联网和远程控制的智能保护单元，这些功能的实现势必大大降低断路器本身的故障率，提高整个电力系统自动化监控、调度水平及供电可靠性。这些技术都为我国配电自动化地迅速发展提供了良好条件。目前一些公司在其新产品中运用了这种新技术，这种断路器具有高可靠的开断性能、高可靠的机械性能、高可靠的绝缘性能、高可靠的环境耐受能力、智能化和高可靠二次控制部分。
断路器的智能化所涉及的范围非常广泛，这种技术的应用大大提高了电力系统运行的可靠性，使控制和保护也变得更加方便和灵活。虽然该技术目前还处在发展的初期，但已显示出不同寻常的优越性，具有巨大的工程应用价值。
1.2 课题的来源以及意义
来自实际工作的需要，本人零八年年底有幸应聘到广州东芝白云电器设备有限公司工作，中压真空断路器为该公司的一个主打产品，见图1-1、图1-2、图1-3、图1-4[10]，研究该课题不但可以充分巩固和运用已学知识，还为以后工作奠定扎实的理论和实践基础。
1