2000A智能型万能式断路器设计开题报告.doc

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1、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。文 献 综 述-我国智能式万能型断路器的开发与展望1 引言在我国，低压断路器销售额约占低压电器总销售额的35%40%，目前产品是三代同堂，但第三代产品近年来销售额迅速上升，已超过低压断路器总销售额的40%以上。我国自行研制开发的DW45系列框架式断路器近年来推广很快，已达到我国高档低压断路器产品总量的50%。我国第三代自行设计的典型产品是DW45系列智能型万能式断路器，目前已批量生产的壳架电流等级有：2000A、3200A、4000A、6300A四种，这种

2、断路器具备过载长延时、短路短延时、短路瞬动的三段保护功能，又有单相接地故障保护功能。其智能化控制器(脱扣器)可实现：电流表、电压表功能；额定电流、整定电流、动作时间可调；显示、试验、热记忆、故障记忆、负载监控、自诊断、MCR和通信接口等功能。从短路分断能力来看，完全可以满足容量至3150kVA及以下的变压器作主开关(总保护开关)的要求。2 智能式万能型断路器的基本类型万能式断路器DW45系列断路器为智能型，分三个阶段开发。1991-1997年以前为框1（DW45-200）开发阶段，这是最困难的一个阶段，它是本系列的基础阶段，其任务要开发高性能，高分断的短路器本体和智能控制器。以后的框2（DW4

3、5-4000），3（DW45-6300）都是以框1为基础而开发成功的。1 第三代万能式智能性断路器的开发 DW45-6306300智能型断路器分为3个框架等级，智能短路器由两大部分组成，即短路器本体和智能控制器，现分叙如下。断路器本体本系列短路器采用模块结构，由触头系统、灭弧系统、底座、操作机构、抽屉座、失压脱扣器、分励脱扣器、释能电磁铁、辅助开关、智能控制器及各种连锁组成。结构上按“田川式分隔原理”布置，以达到结构紧凑和双重绝缘的目的，其外观也整齐美观。1） 框基本结构 框（2000A）是本系列断路器的基本结构及设计基础，其他两个框架都是在此基础上发展而来的。 触头系统 DW45断路器的触头

4、系统采用一挡触头，动触头由多条回路并联，以提高触头的电动稳定性，其软联接按采用铜编织成，柔性极性。触头支持为压塑件，明显改善了触头系统的绝缘性能。触头系统置于类似塑壳断路器的绝缘底垫中，每相的导电部件由绝缘筋条隔开，使每相的导电部件均由绝缘小室中活动，当产生电弧时，气体不能向左右和上下喷射，只能向上运行，快速进入灭弧室而熄灭。保证上下进线的短路分断能力相同。 灭弧室 灭弧室置于短路器的上方，采用复式灭弧原理，灭弧室壁用绝缘材料压制而成。灭弧室内有灭弧栅片。引弧片等。灭弧室的出口为狭缝状，可把游离区限制在80MM以内。没有超出抽屉式短路器上置的壳罩，也就是说实现了零飞弧区，保证在电器成套装置中安

5、全可靠使用。 操作机构。 DW45短路器的操作机构全系列通用，由储能机构、自由脱扣器、电动机传动机构组成。操作机构设计的关键要掌握反动特性，调整各弹簧的参数，才能做到全系列的机构，特别是框架3的操作机构采用同一形式的机构。 其他 失压脱扣器、分励脱扣器、释能电磁铁采用螺管式，相同的外型尺寸，便于生产。2） 框的基本结构 框（3200A）是框基础上发转而成的。由于额定电流从2000A提升到3200A，所以每相由框的10条并联支路提高到14条并联支路。每相灭弧室也相应增宽，即增加了灭弧能力。利用框四极断路器可设计成DW45-4000三极断路器，其设计思路较为独特，即将四极断路器中间的两极并联作为B

6、相。其道理是因为中间相（B相）散热较困难，采用二极并联后，减少了发热，因此框能满足4000A三极的要求。这一挡三极断路器应用得较多，经济效益明显。3) 框 基本结构。框（6300A）则由两个框断路器并联，因而要解决电流信号采样技术。为了达到最大的通用性，保持采样互感器结构通用，采用调整二次匝数，输出叠加后送入控制器中的微机处理，以达到保护与控制能力。（1） 智能控制器智能型控制器除了本体具有高分断能力，高短时耐受性能及良好的操作性能外，必须装配一个性能优越的智能控制器。1) DW45的智能控制器采用微处理控制，按键整定方式。由电流变换器，辅助电源变压连锁机构，控制线路及执行元件组成。电流变换器

7、安装于短路器母线上，是由绝缘壳包住，构成一个独立单元，同时去除了可能造成相间短路的脱扣轴（过去的断路脱扣轴横跨三相，当有电弧下逸时往往造成相间短路）。 电流变换器为注在同一个壳体内的俩个不同的变换器，一个为铁心的速饱和电流感器其作用是向控制单元提供能量；另一个是环绕在母线周围的环型空心线圈，其作用是输出测量信号值明显示及区别过流动作值。 联锁结构有一个按键及相关的联锁结构组成，按键按下使脱扣器复位，而执单元动作，导致按键突起。执行单元为一个带永久磁铁的磁通变换器，当有信号输入时，减少了有效磁通结构脱扣，这种磁通变换器释放时所需电流极小。控制线路包括辅助电源，信号及放大，稳压，模拟放大。A/D转

8、换，计算机显示及整定选择等组成，采用红色数码管显示动作电流及时间，比采用液晶显示更为清楚。2） 根据用户不同的档次需求，同时开发出基本型（L型），多功能型（M）。智能（H）三种控制器：如H型控制器可实现双向数据通信，在低压配电系统中可形成智能化监控，保护和信息网络系统，选定一种适于中国国情的统一通信规约是急待解决的问题。智能控制器的保护特性： 长延时可调Ir1 = （041）In ，Tt1 = 15，30，60，120，240，480 S ； 短延时可调 Ir2 = （0415）In ，Ts = 01，02，03，04 S ； 瞬时可调 Ir3 = 10 In 50KA/75KA； 接地故障可

9、调 Ir4 = （02 08） In，最小160A，最大1200A ； 接地动作延时可调 Tg = 01，02，03，04S ；3 智能式万能型断路器的发展与趋势 随着信息技术和计算网络的发展，使智能化电器与中央控制设备，包括中央控计算机和可编程逻辑控制器实现双向数据通信。这要求产生使智能型脱扣器必须带有通信接口，以达到通信，遥调，遥控的功能，从而实现网络管理，构成第四代万能式断路器。DW45系列断路器今后的发展方向是:1.进一步在通信方面发展和完善，即完善其计算机通信功能，包括开发新型接口电器，使之连接于网络和断路器之间(接口器如AST接口模块、分布I/O接口、网络之间接口)为计算机服务的单

10、元，如总线地址编码器、寻址单元、负载反馈模块。对可通信电器(断路器)的基本要求包括带有通信接口；通信规约标准化；可以直接挂在总线上。2。严格按统一标准设计生产。在科技飞速发展的新形势下，对断路器产品的技术要求越来越严格、复杂。因此生产厂家应密切关注国际标准(例如IEC标准和先进国家标准)的发展动态。当前应下大力气解决EMC(电磁兼容)对断路器的影响问题参 考 文 献：1 张宗九。高压断路器技术问题。中国电力出版社。19972 徐腊元。配电网自动化设备优选指南。中国水利水电出版社。19973 陈利安，张培铭等。人工智能在电气设备中的应用现状与前景展望。电网技术。20004 孙煦。真空断路器讲座。

11、供电网。19955 方可行。有关使用真空断路器的几个问题。江苏电机工程。19986 董其国。电力设备绝缘在线检测技术专题综述。中国电力工业设备诊断技术专业协会。19967 方可行。光传感技术的电流，电压传感器。电力自动化产品信息。20008 国营四四0一厂。真空开关使用手册。19989 邹积岩，王毅。开关智能化的概念与相关的理论问题。高压电器。2001、10 钱家俪。智能化高压电气的开发与应用。华通技术。199811 P.Hoff,A.Holm,O.Karlen,et al.Condition Monitoring of SF6 Circuit-bredakers. CIGRE Session

12、 1992:13-10412 沈力，黄渝珑。SF6高压断路器的状态监测综述。电器技术，1994，（3）：16-2713 Stokes A.D.,Timbs L.Circuit Breaker Diagnostics.CIGRE Session 1998.14 徐国政 张节容等。高压断路器的原理和应用。清华大学出版社，2000；15 黄渝珑，钱家俪等，一种高压断路器上午微机检测系统。高压电器，1995。 - 付 凯 兴 二 零 零 四 年 三 月 五 日开 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 开 题 报 告一、

13、课题的目的与意义：随着工业自动化及城乡供电无人值班技术的发展，近年来低压断路器行业得到迅猛发展，取得了良好成绩。 目前，国内企业与国外著名公司一样，都在下大力气研发并不断推出新产品，其主要特点是： 1)在改善灭弧性能的基础上适当提高短路特性指标，以满足用电量不断增长的需要。 2)在产品外形尺寸不变的情况下，提高低压空气断路器的控制容量，或者在控制容量不变的情况下，缩小低压空气断路器的体积，使配电室中供电设备的单位占地面积的供电量提高，从而降低投资成本。 3)在不断扩大保护功能的同时增加报警及测量范围，如在低倍过载报警的基础上增加了电流或电压不平衡报警、电源功率超值报警及相序异常报警等；在参数测

14、量上除了电流、电压等常规参数测量外增加了功率因数及功率测量、频率测量、能耗测量和谐波测量等；同时在低压空气断路器内部增加通讯接口，使中央控制室的值班人员通过计算机就能全面了解供电系统的供电质量及有关供电参数。 4)产品外观舒适又各具特性。各企业研发的新产品一改传统的外形外观，在设计上采用具有自己企业品牌特色的外观特征，有的企业还申请了外观专利来保护企业的品牌。 从目前中国低压空气断路器的发展特点来看，与国外著名公司在研发设计的思路上基本同步，但由于企业财力及人员素质上的差距，因此国内企业自己独创的产品为数不多，断路器的企业发展也和国外有一定的差距。因此，我们所设计的断路器的要求和目的是为了我国

15、的技术发展和培养我国的技术人才达到一定的水平，同时也可以为我国的电力事业得到发展。为电器行业早日实现自动化和智能化而能力。二、课题发展现状和前景展望：近年来已有很多的智能化断路器面市，其中高压领域典型的是日本东芝公司C-GIS和ABB公司的智能化GIS，他们的特点都是采用先进的传感技术和微计算机处理技术，使整个组合电器的在线检测与二次系统在一个计算机平台上。在中压领域较典型的有九十年代初的富士公司的智能式真空断路器及ABB公司近年来推出的VMI型真空断路器。前者包括三功能：自动保护功能，早期维护功能和消息传递功能。其中保护功能是指断路器本体可对过电流和短路故障进行检测与判断并发出指令，使断路器

16、可靠分断；早期维护功能是指断路器在真空度降低，电接触部位温升异常以及脱扣线圈断线时都能发出报警，提示操作人员将断路器退出运行并维修；消息传递功能是指除正常外部加入的控制信号外断路器的信号输出。该断路器比较有特色的是其光/温度开关。温度传感元件为双金属片。当前，世界上先进的工业国家差不多都看好了在电力系统的高压领域，智能化高压电器的发展前景和潜在的效益，加大了研究的投入和开发的力度，比较典型的有ABB公司推出的CAT，即有人工智能技术的断路器，如前所讨论的，在一定程度上实现了对断路器的受控操作；ABB公司推出的光电式电流传感器和电压传感器在高压领域中替代了传统的电磁式电流互感和电压互感，解决了智

17、能化高压电器设备中传感技术的难题。目前，已经大量应用的信号数字化传输技术大大缓解了信号传输中干扰的影响程度等，这一切高新技术的应用都是智能化断路器技术的发展创造了良好的条件。断路器智能化是一项更新换代的工作，它涉及到很多领域的技术进步和创新发展，如传感技术，微机技术。计算机技术，信息技术以及断路器本身及操作机构等方面，需要更多的投入和开发。但是，可以展望，随着智能化进程的难题一个个地被解决，性能优越的智能化断路器终将会在不久的将来登堂入室，为人们所熟悉和喜爱。DW45系列断路器今后的发展方向是:1.进一步在通信方面发展和完善，即完善其计算机通信功能，包括开发新型接口电器，使之连接于网络和断路器

18、之间(接口器如AST接口模块、分布I/O接口、网络之间接口)为计算机服务的单元，如总线地址编码器、寻址单元、负载反馈模块。对可通信电器(断路器)的基本要求包括带有通信接口；通信规约标准化；可以直接挂在总线上。2。严格按统一标准设计生产。在科技飞速发展的新形势下，对断路器产品的技术要求越来越严格、复杂。因此生产厂家应密切关注国际标准(例如IEC标准和先进国家标准)的发展动态。当前应下大力气解决EMC(电磁兼容)对断路器的影响问题微处理机和计算机技术引入低压电器，一方面使低压电器具有智能化功能，另一方面使低压开关电器通过中央控制系统，进入计算机网络系统。 微处理器引入低压断路器，使断路器的保护功能

19、大大增强，它的三段保护特性中的短延时可设置成I2t特性，以便与后一级保护更好匹配，并可实现接地故障保护。 带微处理器的智能化脱扣器的保护特性可方便地调节，还可设置预警特性。智能化断路器可反映负载电流的有效值，消除输入信号中的高次谐波，避免高次谐波造成的误动作。 采用微处理器还能提高断路器的自身诊断和监视功能，可监视检测电压、电流和保护特性，并可用液晶显示。当断路器内部温升超过允许值，或触头磨损量超过限定值时能发出警报。 智能化断路器能保护各种起动条件的电动机，并具有很高的动作准确性，整定调节范围宽，可以保护电动机的过载、断相、三相不平衡、接地等故障。 智能化断路器通过与控制计算机组成网络还可自

20、动记录断路器运行情况和实现遥测、遥控和遥信。 智能化断路器是传统低压断路器改造、提高、发展的方向。近年来，我国的断路器生产厂也已开发生产了各种类型的智能化控制的低压断路器，相信今后智能化断路器在我国一定会有更大的发展。三、课题主要内容和要求：智能型断路器容量较大，可装设多种脱扣器，辅助接点的数量也多，不同的脱扣器组合可形成不同的保护特性，故可作为选择性或非选择性或具有反时限动作特性的电动机保护。它通过辅助接点可实现远方遥控和智能化控制。其额定电流为6305000A。一般用于变压器400V侧出线总开关、母线联络开关或大容量馈线开关和大型电动机控制开关。断路器由触头、灭弧装置、操作机构和保护装置等

21、组成。 智能断路器的设计思路 1缩小体积，提高分断能力。施耐德公司推出的MasterpactNT16N1产品，分断能力为42kA，外形尺寸为210301234mm，据称是世界上尺寸最小的额定电流为1600A的框架式断路器，产品的尺寸虽小，但仍具有原来Masterpact系列的所有附件和功能。如施耐德公司的MasterpactNWL1产品，额定电流至2000A，分断能力可达150kA(有效值)/400V；MasterpactNWH3产品，额定电流20004000A，分断能力也达到150kA(有效值)/400V。 2减少壳架规格，标准化面板设计。GE公司开发的M-PACT框架断路器，分两个框架，框

22、架1额定电流为4002500A，三极外形尺寸为322387352mm；框架2额定电流为8004000A，三极外形尺寸为410387352mm. 3.采用电子控制器并具有通信功能。近几年国外公司开发的框架式断路器均采用电子控制器，根据不同的功能，控制器分几种规格，从最基本的过电流保护功能直至具有电量监控、故障保护及通信等多种功能的控制器。框架式断路器一般都可具有通信接口，可以与现场总线连接，其通信功能模块一般嵌入于电子控制器内部，需要通信时可选用带通信功能的电子控制器。11触头系统 触头(静触头和动触头)在断路器中用来实现电路接通或分断。 触头的基本要求为： (1)能安全可靠地接通和分断极限短路

23、电流及以下的电路电流； (2)长期工作制的工作电流； (3)在规定的电寿命次数内，接通和分断后不会严重磨损。 常用断路器的触头型式有，对接式触头、桥式触头和插入式触头。对接式和桥式触头多为面接触或线接触，在触头上都焊有银基合金镶块。大型断路器每相除主触头外，还有副触头和弧触头。 断路器触头的动作顺序是，断路器闭合时，弧触头先闭合，然后是副触头闭合，最后才是主触头闭合；断路器分断时却相反，主触头承载负荷电流，副触头的作用是保护主触头，弧触头是用来承担切断电流时的电弧烧灼，电弧只在弧触头上形成，从而保证了主触头不被电弧烧蚀，长期稳定的工作。 12灭弧系统 灭弧系统用来熄灭触头间在断开电路时产生的电

24、弧。灭弧系统包括两个部分：一为强力弹簧机构，使断路器触头快速分开；一为在触头上方设有灭弧室。 13操动机构 断路器操动机构包括传动机构和脱扣机构两大部分。 (1)传动机构： 按断路器操作方式不同可分为：手动传动、杠杆传动、电磁铁传动、电动机传动；按闭合方式可分为：贮能闭合和非贮能闭合。 (2)自由脱扣机构： 自由脱扣机构的功能是实现传动机构和触头系统之间的联系14保护装置 断路器的保护装置由各种脱扣器来实现。 断路器的脱扣器型式有：欠压脱扣器、过电流脱扣器、分励脱扣器等。过电流脱扣器还可分为过载脱扣器和短路脱扣器。 欠压脱扣器用来监视工作电压的波动，当电网电压降低至70%35%额定电压或电网发

25、生故障时，断路器可立即分断，在电源电压低于35%额定电压时，能防止断路器闭合。带延时动作的欠压脱扣器，可防止因负荷陡升引起的电压波动，而造成断路器不适当地分断。延时时间可为1s、3s和5s。 分励脱扣器用于远距离遥控或热继电器动作分断断路器。 过电流脱扣器用于防止过载和负载侧短路。 一般断路器还具有短路锁定功能，用来防止断路器因短路故障分断后，故障未排除前再合闸。在短路条件下，断路器分断，锁定机构动作，使断路器机构保持在分断位置，锁定机构未复位前，断路器合闸机构不能动作，无法接通电路。 额定电流在600A以下，且短路电流不大时，可选用塑壳断路器；额定电流较大，短路电流亦较大时，应选用万能式断路

26、器。 一般选用原则为： (1)断路器额定电流负载工作电流； (2)断路器额定电压电源和负载的额定电压； (3)断路器脱扣器额定电流负载工作电流； (4)断路器极限通断能力电路最大短路电流； (5)线路末端单相对地短路电流/断路器瞬时(或短路时)脱扣器整定电流1.25； (6)断路器欠电压脱扣器额定电压=线路额定电压四发展要求：目前我国智能断路器的发展，需要相关的设计、材料、工艺、设备都要有新发展。新设计需要有独创的见解，也可以利用国外产品专利经二次开发后为国内企业所用，创造新的专利。所需新材料不能光靠国外进口，还需国内企业自己开发，例如新的矩形软编织线的开发，提高了低压空气断路器的短路特性指标，提高了国产化率，降低了成本。新工艺是不断提高智能断路器质量的依托，焊接工艺采用传统设备显然难以达到质量要求，目前有的企业已从国外重金采购该设备，这无疑缩短了与国外企业的差距，但要从整体上使国产设备真正满足市场需求，还需要作进一步的努力。 总之，中国低压智能型断路器要在国际市场占领一席之地，除在产品设计上发扬独创精神，吸取他人这长处外，尚需相关制造业的工艺、设备等方面有所突破。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