真空开关真空度检测及寿命评估研究

论文摘要

真空开关是电力系统中重要的控制和保护设备。真空灭弧室是为真空开关提供绝缘和灭弧性能优异的真空环境的重要部件。研究和实践均表明,保证真空灭弧室具有足够的真空度,即至少达到1.33×10-2pa,是实现真空开关可靠运行的前提条件。然而,真空开关真空度会随着运行和存放时间的增加而劣化,存在一个有限的真空寿命。实施真空度检测,确保真空开关在其真空寿命内运行,是真空开关检修和维护的重要内容。针对目前真空度检测技术现状,本文提出了一种基于高频脉冲电流法和灰色预测模型的真空度检测及寿命评估系统,并对系统的设计和应用进行了详细介绍。高频脉冲电流法是通过测量真空开关触头间预击穿电流的高频脉冲电流峰值,利用其与真空度之间的单值对应关系实现真空灭弧室内部真空度的检测。该方法操作简单、测试灵敏度高、能够给出真空度的具体数值,适合现场应用。本文结合基于灰色系统理论的预测方法,利用单片机和计算机建立了一套真空开关真空度检测及寿命评估系统实现方案,实现真空度检测和真空寿命评估,为真空开关检修和维护的规范化、智能化提供重要参考。本文研制了用于真空度检测的高频脉冲电源,通过Simulink仿真和试验检验其满足设计要求,实现了电压幅值和频率独立可调的正弦波高频高压脉冲输出;利用以AT89S52为核心基于I2C串行总线的信号检测系统实现高频脉冲电流峰值信号的采集,通过异步串行通信实现单片机与计算机之间的数据通信,将检测数据传至上位机;在上位机利用Matlab开发人机交互界面,实现相关数据处理和图形显示,包括真空度——高频脉冲电流峰值关系曲线标定、真空度数值计算、基于灰色预测模型的真空寿命评估分析和提出相应决策建议。整体构成了真空开关真空度检测及寿命评估系统。通过相关试验和仿真分析,论证了系统方案的可行性,为真空开关真空度检测及寿命评估深入研究提供了有利的经验和参考。在本文最后对研究课题进行了总结,并指出了课题的发展方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 真空开关真空度
• 1.1.1 真空开关简介
• 1.1.2 真空灭弧室的真空度与真空寿命
• 1.2 真空度检测技术
• 1.2.1 真空度检测技术简介
• 1.2.2 真空度离线检测技术发展现状
• 1.2.3 真空度在线监测技术发展现状
• 1.3 本文研究意义和主要内容
• 1.3.1 本文研究意义
• 1.3.2 本文主要内容
• 2 高频脉冲电流法与真空度检测及寿命评估系统实现方案
• 2.1 高频脉冲电流法真空度检测技术
• 2.1.1 真空中的预击穿现象
• 2.1.2 高频脉冲电流法真空度检测研究
• 2.1.3 预击穿高频脉冲电流的理论分析
• 2.2 真空开关真空度检测及寿命评估系统实现方案
• 2.2.1 真空开关真空度检测及寿命评估系统
• 2.2.2 真空开关真空度检测及寿命评估系统应用
• 2.3 本章小结
• 3 基于灰色系统理论的真空寿命评估模型
• 3.1 基于灰色系统理论的预测方法
• 3.1.1 灰色预测法概述
• 3.1.2 残差GM（1，1）模型
• 3.1.3 非等时距GM（1，1）模型
• 3.1.4 灰色预测模型精度检验
• 3.2 基于灰色预测法的真空寿命评估模型
• 3.2.1 真空寿命评估模型的建立
• 3.2.2 真空寿命评估模型的Matlab实现
• 3.3 本章小结
• 4 高频脉冲电源
• 4.1 高频脉冲电源总体介绍
• 4.1.1 高频脉冲电源设计要求
• 4.1.2 高频脉冲电源研制方案
• 4.2 单元电路设计
• 4.2.1 整流滤波电路
• 4.2.2 PWM控制单元
• 4.2.3 Buck变换调压电路
• 4.2.4 单相桥式主逆变电路
• 4.2.5 输出电路
• 4.3 试验结果分析
• 4.3.1 Simulink仿真分析
• 4.3.2 实际电源结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 信号检测与数据处理系统
• 5.1 系统总体介绍
• 5.2 下位机—高频脉冲电流峰值信号检测系统
• 5.2.1 差分放大信号预处理电路
• 5.2.2 单片机信号检测系统硬件设计
• 5.2.3 单片机信号检测系统软件设计
• 5.2.4 下位机与上位机通信环节
• 5.3 上位机—真空度计算及真空寿命评估系统
• 5.3.1 PC与MCU串行通信
• 5.3.2 上位机数据库支持
• 5.3.3 上位机数据处理
• 5.3.4 人机交互界面设计
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢