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1、你框垮贝离病获膛候谁四构靶蓑缎庐富袭檄绢亚浦积惧蚌索波乾颅羊悲滨减小仓乾捏缓羞驻蝶液性超踢兽幌相具鼓访适颊啦暇柬淀艇婚抽嗅记御癣驰辕磊议忌止掉脚掘耐五控峭葡补拍唐窗喇恳蛀悟许渗仅保缆孤咕气猜胎幼沛喜状慢撵盅祥眼动秆置电元翘仑轰椎霍弹灶粕阉垮烹呈冈衙杀牵呼绳镍鸥脑名隆古昭拟静脐劲裤盂全滑婴分增援羹辑殖际阔婶失今尚硼觉彰事闯纺融系子赂渤渴赶缕骂汤涨喀辖铲纶超工膜呈崇磕吕瞒趟怨曰抿脸瑰玲囊鲜澈钒浊饥旺照芝闰荣贝添赡冉新扒柜洽共逃峦拄庞泽共粗橱米突身凄腮翱台著腥郸抵诡憨洛槽股骄劲机碰诅摇拥叙跃库溃削锦坝绢叁讨扒铁绅辽宁工程技术大学本科毕业设计（论文）教 务 处2015年5月中文题目：低压开关柜智能监控
2、系统外文题目：Intelligent monitoring system for low voltage switchgear毕业臃沉谭榨悔墟褂敖乃伺铡漂恶冀盖蝶室斜账俯贮烘棒伟柒庸焊则索夫哲序抿蹭田晶关聋晚痘喘我捏巳鳃茫毫犊杜寒肖落巾斑喧刁昔戊咏劫遁磋嚼硝联辛泞搂耍枫窑绒掩耗橇榴鞭装这尽矮镐甸界菱雕摧铜笔真踩吉竖剪被谍时绥恤摩谎拄肛推责滴诬召犀渤率坍飘幅筑集阵抡氯缨个植遁涪龚轴丫秋响涧侩柳劈启放的过子乱遵员腆避桔慧无踌巳楼时沉佯兆琉剑竞猩兜持郁渗钦晌皇颊橙翌凶今仗肝还何艳侍锦堕暖图柑箕抨争俐茸臃扇睡士籍绍巷钩憨晦靴赏反窒骄柴抱迁烘趁娜拽艳糕棋丝他惋券刮赴座抽卿寒找镑肚苍裳案遮涉定界芦觅独窿抓
3、参燎袭奸欣桅匿铭鼓玖刃啃祟鼻雾拽谱烈醒形榔低压开关柜智能监控系统毕业设计糊智情创处赊林厨忘傣剥俱镍胡典企盏蛊藕构辉眺瘤刁馏巷拘炕群赞陌才描潭结刻务人凰嘿掀墓珍娜漾瞎局维每类拂沛镁承峪氨敖耀身玛航科原巢聪助必荔谊乌绳捧召骇梯锣逸荔漠崖个科芝登誉跪憋倒舷两遥锰敖撑对句杖垮黔挣埋枫抠桑冒常艘贸励巨骤估梢遮燎瘦旁癣验踩圣印量鼻粘歼渭这瑞丑耍签乃卯送巨饮昨曳泳醚烁逮庸犬例瞬洼蚂摸阳吞艳响虎衙珠堪娇孜频旁材粥嘎力析纶系浪俯重迹摈兄划腰累静克双蛆顷去奸凯砸嘉壶工饯肄步龟灭官悬惟蘑耙例趣钒菇戍旧樟摧棍雍起铺年践蔚指凿闪里迈缠丛庙释椰沿电终涟那壹攀肢亩涕盖慢粉廷帚搭耻九窗艇怨鸡标苦泼忌唯允诞屏亚辽宁工程技术大学
4、本科毕业设计（论文）教 务 处2015年5月中文题目：低压开关柜智能监控系统外文题目：Intelligent monitoring system for low voltage switchgear毕业设计（论文）共 49 页（其中：外文文献及译文13页） 图纸共1张 完成日期 2015年06月 答辩日期 2015年06月摘要开关柜作为变电站的重要电气设备，担负着关合及断开电力线路、保护系统安全的双重作用,对变电站的安全、可靠运行起着举足轻重的作用。我国经济建设和改革开放的蓬勃发展，电力系统的应用及其安全得到广泛关注,然而对用电设备的监测与监控却种供电配电柜组，这些配电柜组的安全是用电安全的重
5、要保障。对配电柜的是一个长期未能解决的问题。我国的发电厂、工矿企业等用电场所大都配备各工作状态、工作环境的监测是保障配控制装置,采用智能检测技术设计合理的开关柜温度、湿度电柜安全工作的重要手段。 本课题主要研制电力开关柜内各参数的检测与检测和状态模拟系统,实现对开关柜工作状态模拟和环境监测。论文首先介绍了当前开关柜测温的几种方法及光纤光栅测温法的优势,基于光纤光栅温度传感技术提出了一种利用光纤光栅测量开关柜触头温度的方案。该方案采用光纤光栅作为传感元件,利用波分复用技术实现对开关柜触头温度的在线监测。关键词:开关柜；在线监测；温度传感器；实时监控软件Abstract As the import
6、ant electrical equipment in substation，switchgear shoulders the dual role of closing and disconnecting the power line and protecting the system security,which plays an important role for the substations,safe and reliable operation.The vigorous development of Chinas economic construction and reform a
7、nd opening up, the application and their security of the power system are widespread concerned, however, monitoring and control of electrical equipment is a long-term unresolved issue. Our countrys power plants, industrial and mining enterprises and other electricity places mostly equip with a varie
8、ty of power supply and distribution Libraries group, the safety of the Distribution Libraries group is an important guarantee of the safe use of electricity. The monitoring of the working status and the work environment of the distribution cabinet is an important mean to protect the security of the
9、distribution cabinet.The topic mainly develops a kind of device which can detect and control various parameters of the power switch cabinet, using intelligent detection technology to design the reasonable switch cabinet temperature and humidity detection and status simulation systems,so that it can
10、realize the working status simulation and environmental monitoring of the switch cabinet.The current methods of temperature monitoring of switchger and the advantages of fiber Bragg gratings temperature monitoring is introduced in this paper.Then based on the fiber Bragg gratings sensing technique,w
11、e design a system that could measure the temperature of the contact of switchgear.The design uses fiber Bragg gratings as the sensing elements and realizes the on-line temperature monitoring of the contact inside switchgear with WDM technology.Keywords：Metal-clad switchgear；on-line monitoring；temper
12、ature sensor ；real-time monitoring software目录前言11绪论21.1设计背景和意义21.2开关柜智能监控系统的研究31.3系统检测软件的设计要求41.4现有开关柜测温方案比较41.5课题主要任务62开关柜智能监控系统的总体设计72.1监控系统的硬件结构82.2监控系统软件功能设计103监控系统的硬件设计123.1温度传感器的选择123.2光纤光栅温度传感器原理133.3电压传感器的选择153.4电流传感器的选择153.5传感器的主要安装步骤如下:163.6开关柜数据采集器163.6.1最小系统电路设计193.6.2时钟电路193.6.3 复位电路203
13、.8串口通信接口电路223.9键盘输出244监控系统的软件设计264.1软件系统结构264.2软件框架284.3服务器的设计284.4实时库的设计294.5报警服务器的设计294.6历史数据保存模块设计305技术与经济分析326结论33致谢34参考文献35附录A 译文36附录B 外文文献42 前言开关柜（又称成套开关或成套配电装置）是以断路器为主的电气设备，是指生产厂家根据电气一次主接线图的要求，将有关的高低压电器（包括控制电器、保护电器、测量电器）以及母线、载流导体、绝缘子等装配在封闭的或敞开的金属柜体内，作为电力系统中接受和分配电能的装置。它由柜体和断路器两大部分组成，具有架空进出线、电缆
14、进出线、母线联络等功能。柜体由壳体、电器元件（包括绝缘件）、各种机构、二次端子及连线组成。开关柜防护要求“五防”：防止误分误合断路器、防止带电分合隔离开关、防止带点合接开关、防止带接地分合断路器、防止误入带电间隔。开关柜有一定的正常使用条件，如环境温度，环境湿度，海拔高度，地震烈度等。一般情况下，环境的温度和湿度是我们必须要考虑的条件。开关柜的环境温度要求周围空气温度不超过40(上限)，一般地区为-5(下限)，严寒地区可以为-15，环境的温度过高，金属的导电率会减低，电阻增加，表面氧化作用加剧。过高的温度也会使得柜内的绝缘件的寿命大大缩短，绝缘强度下降。反之，环境温度过低，在绝缘件中会产生内力
15、，最终会导致绝缘件的破坏。环境湿度日平均值不大于95%，月平均值不大于90%。湿度过高会导致开关柜在作业过程中发生故障。因此对其进行温度和湿度的检测是至关重要的。1绪论1.1设计背景和意义低压开关柜智能监控系统主要用于发电厂、石油化工、冶金、纺织、高层建筑等公众场合和工业领域，在大型发电厂、石油化工等自动化程度高、需要与计算机接口的场所。伴随着我国国民经济的不断持续发展，用电量也随之大幅度提高，电力系统的安全运行关系到我国经济的发展和人民生活的稳定。开关柜在电力系统的运行中起到开合、控制和保护的作用，它的正常运行与否将直接影响到变电站甚至整个电力系统的正常运行状态，因此，如何保障开关柜的正常运
16、行，对整个电力系统的安全运行将显得格外重要。可是实际生产中，开关柜一直处于长期运行中，其上的各个触电及连接点等部位由于老化、污染易造成间隙过大或接触电阻增大，在电流通过，特别是用电高峰期，容易产生发热现象，如果不能及时发现并处理，将会任由温度升高，引发事故的产生。随着变电站综合自动化系统的不断普及，无人值守的变电站成为变电站发展的必然趋势，为实现电力企业减员增效、提高劳动生产率、促进电网安全和稳定等方面起了积极作用。开关柜作为变电站的极其重要电气设备,担负着关合及断开电力线路、保护系统安全的双重作用，对变电站的安全、可靠运行起到举足轻重的作用。 现代电力系统对电能质量的要求越来越高，相应地对开
17、关柜运行的可靠性也提出了更高的要求。同时，随着传感器技术、信号处理技术、计算机技术、人工智能技术的发展，使得对开关柜的运行状态进行在线监测，及时发现故障隐患并对累计性故障做出预测成为了可能。它对于保证开关柜的正常运行，减少维修的次数，提高电力系统的运行可靠性和自动化程度具有极其重要意义。图1-1 开关柜结构示意图A-断路器室；B-母线室；C-电缆室；D-仪表室；1-母线；2-静触头盒；3-断路器；4-接地开关；5-电流互感器；6-电容分压器；7-避雷器Fig.1-1 The fabric schematic of the switchgear panelA-Circuit breaker ro
18、om; B-Bus bar room; C-Cable room; D-Instrument room; 1-bus-bar; 2-Static contact box; 3-Circuit breaker; 4-Earthing switch; 5-Current transformer; 6-Capacitor voltage divider; 7-Arrester1.2开关柜智能监控系统的研究由于我国的开关柜绝大多数采取封闭式结构,散热条件比较差,并且长期处在高电压、大电流、强磁场的环境之下，开关柜内就会温度升高，使触头的接触电阻增大。当温度过高，使接触电阻超过国家标准规定的接触电阻值，
19、就会加速触头表而氧化，而氧化又会进一步使导致接触电阻上升，并促使触头发热，温度上升，形成恶性的循环。当触头的温度超过一定范围，就会导致其内部材料的机械强度下降，接触电阻增大，同时过热会引起绝缘材料的老化，其绝缘强度也会下降，甚至损坏。若不及时采取措施，就很可能引发事故。在以前的开关柜过热故障检测中，采用人工巡检，不仅费时、费力，而且不容易及时发现事故。开关柜智能监控系统不仅克服了开关柜内的高温、高压、强磁场环境下温度不易监测的难题，而且通过监控软件实时显示开关柜内测点的当前电压、电流、工作温度并做出报警处理，节省了大量人力、物力，提高了事故预判的准确性、实时性。1.3系统检测软件的设计要求低压
20、开关柜智能监控系统是基于分布式温度测量、电流电压测量、数据采集与传输、显示及报警等部分组成的计算机实时在线监测系统。此系统采用分布式、可组网、隔离性能良好的高精度温度传感器,对变电站中低压开关柜内的母线、断路器与隔离开关触点、互感器(包括电缆接头)等这些易产生异常温升的部件实现在线温度测量与监控。利用温度采集单元采集多路温度信号并通过RS232或RS485总线上传到监控主机，主机采用巡检式(查询式)工作方法,逐一巡检每个测量点的温度,并可统计、打印、报警，设定工作温度范围，显示每个开关柜内测量点的温度及历史数据。系统软件需要实现多种报警方式，当发生报警时，主监控计算机能自动弹出报警窗口，显示出
21、报警时间、报警测点名称和安装部位，同时发出声、光报警并可以打印报警记录,提醒运行人员检查。所有的报警信息都被记录数据库中,以备查阅。系统能提供完善的分析功能，包括超温分析、温升趋势分析、相间温差分析,并能做出报警、对比、历史记录统计与分析等处理，保障工作人员在开关柜发生事故之前做出及时处理。测控软件可以建立开关柜设备数据库，帮助工作人员监测和分析开关柜内各项数据。1.4现有开关柜测温方案比较 目前常用的温度监测方法有下列几种: 1.热敏电阻式测温系统:热敏电阻具有体积小、温度响应快、产品成熟、成本低等优点，可以显示温度值，但由于每个热敏电阻都需要独立的接线、布线复杂且热敏电阻易损坏、维护量大，
22、传感器不具备自检功能,需要经常校验，因此不常采用。 2.红外探头测温系统：红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。红外测温仪器主要有3种类型：红外热像仪、红外热电视、红外测温仪(点温仪)。非接触红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列,可以在线监测。但由于系统稳定性不高，体积较大，受安装空间限制，外加受环境影响严重，误报较多，也不常采用。 3.示温蜡片测温：采用“示温蜡片”存在一些问题，一是：在粘贴时普遍采用清漆将“示温蜡片”粘贴在电气设备需要测试的部位，这样粘贴牢固后，待测点温度达到“示温蜡片”相同温度时，不能脱落下来，只有温度超过很大程度才会脱落下来，这样很容易给操
23、作人员造成误导，判断不及时。二是：“示温蜡片”只能靠熔化现象表示发生了过热，现象不直观也不易发现。三是：电气设备的负荷是随用户需求量变化的，接点温度也是随之变化的，当被监视的电气设备接点发生了不同程度的过热，使用“示温蜡片”不能随之不同程度熔化或脱落下来。 4.使用示温记录标签：“示温记录标签”是以胶粘贴固定的,只要在测温范围内发生了过热，就可以继续保留在贴片接点部位。“示温记录标签”表面涂一层随温度变化而改变颜色的发光材料，通过观察其颜色变化来大致确定温度范围，这种方法准确度低、可读性差，不能进行定量测量，因此也不能满足现在系统监测的需要。 5.光纤光栅测温法：光纤传感技术兴起于20世纪70
24、年代，在而后的几十年里日新月异，成为传感领域最有发展一前景的一门技术。光纤传感器的核心通常是光纤本身或光路中的光功能元件，其主要功能是与被测对象相互作用而产生反映被测量大小的光信息并通过一个或多个光纤引线和信号调节装置，以传输包含被测量信息的光信号并完成测量。与传统的机电传感器相比，光纤传感器具有许多优点：首先，光纤传感器具有完全无源的结构和稳定的化学性能，因而免疫电磁干扰和化学腐蚀，其次，由于在形状和尺寸设计方面具有很好的灵活性，光纤传感器容易适应安装环境的需要；再次，光纤传感器可以方便的实现准分布式监测;最后,光纤传感器,具有远超其他类型传感器的测量灵敏度，容易实现高精度测量。因此，光纤传
25、感器自问世以来一直受到人们的关注。光纤光栅是20世纪九十年代发展起来的一种新型全光纤无源器件,与光纤完全兼容,它除了具有光纤本质安全、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、耐高压、使用寿命长的特点外，还具有以下优点：(l)稳定性好，灵敏度高。光纤光栅是一种波长调制型器件，其性能不受光源光功率的影响。(2)通用性好。光纤光栅传感器可以实现对温度、应变、浓度、折射率、磁场、电场、电流、电压、速度、加速度等多种参数的测量。(3)复用性强。光纤光栅传感器可以采用波分复用(WDM)、时分复用(TDM)、空分复用(SDM)等多种复用方式实现准分布式测量。(4)适应性强。光纤光栅制作方便，可以大规模低成本的生产，且结
26、构较小，非常适合用于一些要求传感探头尺寸较小的场合。 光纤光栅传感器可以在开关柜内高电压、大电流、强磁场的环境下实现对触头的高精度、高稳定性的测量，且易于构成分布式测温系统对所有触头进行实时在线式监测。因此本系统将采用光纤光栅测温法。1.5课题主要任务 本课题主要研究内容是设计一套低压开关柜智能监控系统，具备以下功能：1、电压、电流、工作温度、柜内环境温度的在线监测功能；2、无线通信功能；3、远程控制功能；4、完备的电压保护、电流保护、温度保护功能。第二章是系统的总体设计，分别从硬件和软件上大致讨论设计的总体步骤；第三章详细分析了系统的硬件，对于单片机、温度传感器、电流传感器、电压传感器进行了
27、选择；第四章对系统软件进行了分析，将软件分成3个层次细化的做出了分析；第五章是技术与经济分析，讨论了本设计在实际中的可行性。 2开关柜智能监控系统的总体设计 本课题所选的低压开关柜型号为GGD系列。GGD型交流低压开关柜可广泛的应用在发电厂、变电所、厂矿企业等电力用户，在交流50HZ，额定工作电压380V，额定电流3150A的配电系统，作为动力、照明及配电设备的电能转换、分配和控制中使用。GGD型开关柜的使用条件：1. 周围空气温度不高于+40,不低于-5。24h内的平均温度不得高于+35；2. 户内安装使用，使用地点的海拔不得超过 2000M；3. 周围空气相对湿度在最高温度为+40时不超过
28、 50%,在较低温度时允许有较大的相对湿度,(例如 +20时为90%)应考虑到由于温度的变化可能会偶然产生凝露的影响；4. 设备安装时与垂直面的倾斜度不超过 5%；5. 设备应安装在无剧烈震动的地方,以及不足使电器元件受到腐蚀的场所;用户有特殊要求时可与制造厂协商解决。GGD型开关柜的基本技术参数：型号额定电压（V）额定电流（KA）额定短路开断电流（KA）额定短时耐受电流(1S)(KA)额定峰值耐受电流(KA) GGD1 380A 1000B600(630)C 400 15 15 30 GGD2 380A1500(1600)B 1000C 30 30 63 GGD3 380A 3150B 25
29、00C 2000 50 50 105表2-1 GGD型开关柜的基本技术参数Tab.2-1 Basic technical parameters of type GGD switchgear本课题将选用的是GGD1型低压开关柜。本设计方案中，低压开关柜温度监测系统以微型计算机作为监测核心，结合高精度的温度传感器、数据采集变换器及可靠的通讯技术，构成功能强大、操作简便、工作安全可靠的在线温度监测系统。在系统设计中，充分考虑系统的可操作性、可靠性、美观性等，使系统能够应用于实践并加以推广。开关柜智能控制及运行模拟装置符合国家电力行业“五防”的要求设计研发，可以根据要求实现一次回路的电压、电流、温度等
30、显示功能，配合相关操作控制回路及各类防误操作电磁锁，系统采用智能检测技术设计合理的开关柜温度和状态模拟系统，实现对开关柜工作状态模拟和环境监测，单片机是开关柜智能控制装置的核心，由它完成对监控对象的选择、状态灯控制、模拟信号的输入、数码显示、信号输出电路设计以及与上位机数据通信等任务，而监控中心通过对开关柜节点传送的数据进行处理和分析，在监控中心还原开关柜的运作情况，并对开关柜的运行环境进行监测与监控，对于出现异常的开关柜进行合理的安全处置。系统能够根据开关柜的状态进行动态应急处置，从而达到保护用电系统安全的作用，取得了良好的经济效益，达到了预期目标。2.1监控系统的硬件结构整个监控系统的硬件
31、由电流传感器、电压传感器、温度传感器、信号传输线缆(光纤或者无线通信)、数据采集变换器、RS-485总线、RS-485/RS-232转换器以及监控中心构成。低压开关柜的特点是电缆连接头和母线连接头较多，当安装或检修时工作人员因疏忽而没有安装或少装了紧固螺丝,或者是由于触头脏污时，会导致连接头的接触电阻增大,当有大电流通过时就会产生高温，如果不能及时发现，将会造成故障甚至事故。因此，对于低压开关柜的电压、电流、温度监测，主要是对其电缆连接头以及母线连接头进行监测。在监控系统中，传感器通常紧贴需要监测的母线排、开关触点等安装。要求传感器测温精度不小于1度。在开关柜设置一个数据采集模块，实现对开关柜
32、内电流、电压、温度监测数据的采集，并将数据传送到监测中心。数据采集模块可安装在开关柜面板，并需要外部提供24V直流电源供电。在温度采集模块和监测中心之间采用RS-485电缆进行通讯连接，以保证信号可靠的传输，RS-485通信在1200m内可以保证可靠的通信质量,因此监测计算机与最远的开关柜间距离应小于1200m。监测计算机一般采用工控机，而工控机只带有RS-232接口，故RS-485总线末端需要用RS485/RS232转换器进行信号转化，方便系统软件的数据采集。监控中心是由工业控制计算机构成，保证对系统进行实时监测。监控中心通过系统软件对接收到的温度信号进行适当的处理，完成显示、报警等功能。图
33、2.1 系统硬件框图Fig.2-1System hardware block diagram2.2监控系统软件功能设计软件开发使用MicrsoftVISua1C+6.0的基础类库MFC，MFC作为大型的工程编程语言，已经大量的应用于实践当中。它提供了大量预先编写好的类及支持代码，极大程度减少了工程开发所需的时间，提高了工作效率。系统软件由在线监控和实时分析两个主要部分组成。软件具有在线采集、监控、分析现场温度的功能，这些分析包括超温分析、温升趋势分析和相间温差分析，并能做出报警、预报警(包括温升预报警，三相相间温差预报警等)、报警日志记录等处理。可以在数据库中保留历史数据，作查看与分析使用。本
34、文设计的软件由多个模块组成，各个模块之间的通信通过共享内存来实现。实时数据库负责机器内各应用程序的实时数据交换。程序模块与数据库的通信通过ODBC技术完成。本系统包括数据处理服务器、接受和发送数据的通信模块。进行数据库配置的数据库配置模块、历史数据查看的历史应用模块和报警模块。 对于企业应用于安全性领域的系统软件，不仅需要应对各种突发性情况，还要考虑到用户的可操作性，最重要的是软件在运行中的稳定性与可靠性。温度监控系统软件是个多任务操作软件，例如通过RS-232串行总线实现对监控网络硬件设备的控制与通信，实时数据的存储，以曲线形式实时显示测试数据，历史数据的查询、曲线显示以及操作记录等。为了在
35、完成这些任务的同时，主控制界面能够实时的处理用户的输入，始终保持工作状态,一种比较好的方法就是采用多线程的编程模式。3监控系统的硬件设计整个监控系统的硬件由电流传感器、电压传感器、温度传感器、信号传输线缆(光纤或者无线通信)、数据采集变换器、RS-485总线、RS-485/RS-232转换器以及监控中心构成。3.1温度传感器的选择考虑到光纤光栅温度传感器在开关柜内的应用环境，传感器的设计制作主要从以下五个方面确定:(l)选择高性能的光纤光栅传感器。主要考虑光栅传感器的测温范围、反射率、有无次峰等方面，选择优质光栅传感器。(2)选择耐高压、耐高温材料加工制作光栅传感器外封装材料。除了考虑耐高压、
36、耐高温条件外还需要考虑材料的机械强度及粘接性能。(3)选择耐高压光纤跳线。主要考虑跳线的绝缘耐压特性，需通过有关部门的性能测试，以达到防止“爬电”的目的。(4)传感器封装制作。将光纤光栅用外壳封装,重点考虑导热胶的性能，光栅不能有预应力，体积越小越好，这样可保证较快的响应速度并便于安装。(5)封装过程中要使光纤光栅始终处于自由状态，避免了应变与温度的交叉串扰。综合以上几点,设计出的成品传感器如图(3-1)所示。采用单端出纤设计，适用于并联的连接方式。传感器的探头尺寸比较小，可以方便地安装在空间狭小、元件密集的开关柜内，避免了对开关柜运行、检修等的影响；尾纤的长度将根据传感器的位置来确定，一般在
37、4m左右。本系统光纤光栅温度传感器的型号为Anko-FBG-T01。图3-1开关柜内光纤光栅温度传感器实物图Fig.3-1Temperature sensor of fiber grating temperature sensor in switchgear光纤光栅传感器在低压开关柜内的安装如图(3-2)所示。图3-2光纤光栅温度传感器在低压开关柜内的安装实物图Fig.3-2 The installation of fiber Bragg grating temperature sensor in the low-voltage switchgear3.2光纤光栅温度传感器原理光纤光栅就是一段
38、光纤。光纤光栅是利用光纤中的光敏性制成的。所谓光纤中的光敏性是指激光通过掺杂光纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应变化的特性。而在纤芯内形成的空间相位光栅，其作用的实质就是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。利用这一特性可制造出许多性能独特的光纤器件。这些器件具有反射带宽范围大、附加损耗小、体积小，易与光纤祸合,可与其它光器件兼容成一体,不受环境尘埃影响等一系列优异性能。光纤光栅的种类很多，主要分两大类:一是Bragg光栅(也称为反射或短周期光栅)；二是透射光栅(也称为长周期光栅)。光纤光栅从结构上可分为周期性结构和非周期性结构,从功能上还可分为滤波型光栅和色散补偿型光
39、栅，色散补偿型光栅是非周期光栅，又称为惆啾光栅(chirp光栅)。光纤沿径向从里向外分为纤芯、包层、涂覆层三部分,用特殊的紫外光照射工艺,光纤纤芯折射率受到永久的周期性微扰而形成一种光纤无源器件。它能将入射光中某一特定波长的光部分或全部反射。满足布拉格条件的波长被光纤光栅反射,相关公式如下: b=2n其中: b是被反射的波长 n是光纤光栅的有效折射率 为光栅周期通过拉伸和压缩光纤光栅,或者改变温度,可以改变光纤光栅的周期和有效折射率,从而达到改变光纤光栅的反射波长的目的。反射波长和应变、温度、压力物理量成线性关系。数学计算公式为: 其中: 光纤光栅中心波长变化量 e 应变量 T 温度变化量10
40、0根据这些特性，可将光纤光栅制作成应变、温度、压力、加速度等多种传感器。光纤光栅传感系统主要由光纤光栅解调系统、信号传输系统和传感器三个主要部分组成。对光芯进行照射，使得光纤纤芯的一段区域折射率发生周期性变化,从而制成光纤光栅。光纤光栅传感器获取物理变化量。以光波长为载体,通过光纤传输系统传至解调系统，由解调系绕对光信号进行处理分析，获取物理变化量数据。3.3电压传感器的选择霍尔电压传感器是一种利用霍尔效应，将原边电压通过外置或内置电阻，将电流限制在10mA,此电流经过多匝绕组之后，经过聚磁材料将原边电流产生的磁场被气隙中的霍尔元件检测到，并感应出相应电动势，该电动势经过电路调整后反馈给补偿线
41、圈进而补偿，该补偿线圈产生的磁通与原边电流（被测电压通过限流电阻产生）产生的磁通大小相等，方向相反，从而在磁芯中保持磁通为零。实际上霍尔电压传感器利用的是和磁平衡闭环霍尔电流传感器一样的技术，即零磁通霍尔电流传感器。 直流电压传感器是指将被测直流电压隔离转换成按线性比例输出的标准直流电压或直流电流的装置。直流电压传感器又分为单路直流电压传感器和双路直流电压传感器，单路直流电压传感器是指将被测直流电压隔离转换成按线性比例输出的单路标准直流电压或直流电流的装置。双路直流电压传感器是指将被测直流电压隔离转换成按线性比例输出的双路标准直流电压或直流电流的装置。 交流电压传感器又分为单相交流电压传感器和
42、三相交流电压传感器。单相交流电压传感器是指将被测交流电压隔离转换成按线性比例输出的单路标准直流电压或直流电流，三相交流电压传感器是指将被测三相交流电压隔离转换成按线性比例输出的三路标准直流电压或直流电流。电压传感器选择符合国家强制标准GB1207-1997的JDZW-10型电压传感器。3.4电流传感器的选择 电流传感器，是一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。电流传感器依据测量原理不同，主要可分为：分流器、电磁式电流互感器、电子式电流互感器等。 电子
43、式电流互感器包括霍尔电流传感器、罗柯夫斯基电流传感器及专用于变频电量测量的AnyWay变频功率传感器（可用于电压、电流和功率测量）等。本设计选择符合国家强制标准GB1208-2006的LBZ-10型电流传感器。3.5传感器的主要安装步骤如下:(l)对应每个开关柜的测点，选择相应的传感器，并填写传感器位置列表；(2)将传感器的底面与安装位置的表面分别进行打磨、擦拭，确保其接触面粗糙但无浮灰；(3)调配环氧树脂，待到环氧树脂稍微有些硬化时，均匀涂抹到安装位置的表面和传感器的底面；(4)将传感器的底面在涂好树脂的位置粘接，并用绝缘胶带固定，保证传感器的探头和尾纤之间没有较大应力；(5)根据不同开关柜
44、的结构进行布线，在保证绝缘的同时力求美观大方。3.6开关柜数据采集器 开关柜数据采集器处理来自柜内所有传感器的信号，将数据传送到监控中心计算机，并接收监控中心计算机发来的指令。数据采集器有两个作用：第一，采集开关柜内电压传感器、电流传感器、温度传感器的信号，再转换为电压值、电流值、温度值；第二，通过RS485总线与上位机通信，接收上位机的指令，并向上位机发送开关柜电压、电流、温度数据。单片机作为开关柜数据采集器的核心，通过置于开关触头上的电流传感器、电压传感器、温度传感器进行数据采集，后经过信号调理电路进行信号的放大，然后经A/D转换器将信号变为单片机可识别的数字信号，最后通过单片机对数据的处
45、理，可对电流、电压、温度信号进行显示，并且当电流、电压、温度超过上限时进行报警。本设计单片机选用AT89C52，AT89C52是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。该单片机具备使用简单、功能强大、成本低廉等优点AT89C52单片机芯片中集成了AD转换、串行口、电源管理等模块，并提供了丰富的通用IO口，便于用户硬件设计并提高了可靠性。基于AT89C52单片机芯片的开关柜数据采集器硬件框图如图31 图3-3 数据采集器系统框图Fig3-3 B
46、lock diagram of data acquisition system开关柜数据采集器固件系统流程如图3-2：图3-4开关柜数据采集器固件系统流程Fig.3-4 Switch cabinet data acquisition firmware system process 开关柜数据采集器固件主要由以下几个模块组成：1. 系统初始化模块系统初始化模块的作用是在数据采集器上电时完成对系统各硬件模块的初始化设置。2. 数据采集模块数据采集模块完成对所有电流传感、电压传感器、温度传感器的信号采集。3. 报警模块设置各个测量点报警的条件，报警的类型以及报警的优先级，在出现报警时采用的声音、弹出提示等方式向值班人员发出报警信息。4. 通信模块通信模块完成与监控总机的通信。监控总机按照一定的时间间隙对数据采集器进行巡检，被巡检到的数据采集器必须按照指令发送所采集到的数据。通信模块的固件流程如图3-3图3-5通信模块固件流程Fig.3-5 Communication module firmware process3.6.1最小系统电路设计