光电复合式高压开关柜触头温度检测系统设计论文.doc

光电复合式高压开关柜触头温度检测系统设计毕业论文 目 录 摘要 I Abstract II 第1章 绪论 1 1.1 课题背景 1 1.2 国内外研究现状及发展趋势 1 1.3 多种方案的分析和比较 2 1.3.1 红外测温 3 1.3.2 荧光光纤测温 3 1.3.3 光纤光栅传感器测温 3 1.3.4 光纤电流传感器测温 3 1.3.5 光功率推动光纤温度传感器 4 第2章 光致电源及光纤传输系统的研究与设计 6 2.1 光致电源 6 2.2 光纤传感器概述 6 2.2.1 光纤传感器的工作原理 8 2.2.2 光纤传感器的分类 9 2.3 光纤的特性与选择 10 2.3.1 光纤的结构 10 2.3.2 光纤的导光原理 11 2.3.3 光纤的损耗 14 2.4 光源的特性及其对光纤的激励 15 2.5 信号光源LED的发光原理及结构 16 2.6 光探测器的工作原理及特性 17 2.6.1 量子效率 17 2.6.2 响应度 18 2.6.3 响应速度 19 2.6.4 暗电流 20 2.7 本章小结 20 第3章 低功耗测温探头电路的设计 21 3.1 集成温度传感器AD590 21 3.2 测温探头电路的设计 22 3.2.1 温度——频率转换电路 23 3.2.2 单稳态触发电路 26 3.2.3 LED驱动电路 27 3.3 探头电路的功耗核算 28 3.3.1 CMOS集成电路 28 3.3.2 功耗核算 29 3.4 本章小结 30 第4章 二次仪表端的设计 31 4.1 I/V转换与前置放大电路 31 4.2 信号处理系统的设计 33 4.2.1 硬件系统设计 33 4.2.2 软件设计 37 4.3 本章小结 40 第5章 系统性能测试与误差分析 41 5.1 实验系统设计 41 5.2 实验结果及分析 41 5.3 误差分析 44 5.3.1 电路中的漏电流 44 5.3.2 耦合误差 44 5.3.3 噪声误差 45 结论 46 参考文献 47 致谢 48 附录1 49 附录2 6 第1章 绪论 1.1 课题背景2006 年在我国10 kV 以上的电网中，由此原因造成的严重事故近20起。因此，高压开关柜隔离触头的温度监测一直是保障电力工业安全运行的重大课题之一。由于高压开关柜内触头处在强电磁场、高电压环境中，如果其绝缘部分缺陷或劣化，将会引发影响设备和电网安全运行的绝缘故障或事故，所以保障高压电气设备的安全可靠运行在电网中具有举足轻重的地位。因此，在设备投入运行后，传统的做法是定期停电进行预防性试验和检修，以便及时检测出设备内部的绝缘缺陷，以防止发生绝缘事故。但是，随着电网容量的增大，高压电气设备数量急剧增加，传统的预防性试验和事后维修已不能满足当今大容量、超高压电网的高可靠性要求，所以对当前新形势下高压开关电器触头的温度进行在线实时监测要有一个新的认识。 因此，本论文对于保障高压开关电器的安全运行，提高电力系统运行的安全性和可靠性具有重要的实际工程意义，为高压电器设备实现智能测温提供了一条有效途径. 1.2 国内外研究现状及发展趋势 目前，国内外高压开关柜触头温升的测量方法主要分为接触式和非接触式两类。 接触式方法有热敏电阻法、热电偶法、高压石英晶体传感器法等。这类方法需要将传感器直接安装在触头上，传感器信号经无线、光纤或红外方式传送给接收装置。由于传感器直接与触头接触，测温结果比较准确，但是，要在母线上套装电流互感部件来解决传感器及关联电路所需的电源，这样将改变开关柜高压部分原有的结构，甚至缩短绝缘距离。非接触式方法一般采用红外传感器，但如果传感器镜头或触头表面脏污，测量的准确度将显著降低，同时由于造价较高而难应用于高压开关柜隔离触头温升的在线监测 国内变压器制造业和电力部门十分重视高压开关设备的热点温度的监测问题，沈阳变压器厂早在10 多年前便立项进行这一课题的研究。1994年美国路克公司的光纤测温仪得到了IS09402 认证，质量达到了更高水平，在此基础上，美国企业发展有限公司(Enterprise Marketing Inc. EMD)联合中国和美国的电力光学专家开始向中国介绍测量发电机、高压开关和变压器等高压电器设备内部热点温度的光纤测温仪，加速了我国光纤测温技术的研究。 为了增大电力的传输距离和传输容量，提高传输效率，电力传输电压已经越来越高，国外已有2000 kV 的输电线路投入使用，用于检测的传统电流互感器，其体积、重量、绝缘性能等已远远不满足电力发展的要求。国内、国际上有很多工程技术人员在寻求解决新问题的方法。由于光纤具有良好的电气绝缘性和抗电磁干扰能力，同时可以将探头埋设在