武汉大学2011年大学生科研项目申请表-xxh.doc

武汉大学2011年度大学生科研项目申请书请题 目 ：高速铁路牵引变电设备中断路器状态在线监测系统申 人 ：那东明 刘鹏 赵鹏程 马晓 孙振杰指 导 教 师 ：肖晓晖 教授二一一年九月武汉大学2011年度大学生科研项目申请表填表时间：2011年9月 13日项目名称高速铁路牵引变电设备中断路器状态在线监测系统项目创新特色概述根据高压断路器运行过程中的实际情况，设计了相应的硬件电路和软件算法，以期较为准确地对带电运行状态下的高压断路器进行在线监测。项目所属一级学科工学申请经费1025元起止时间2011年9月至2012年9月申请人或申请团队信息姓 名学 号院（系）、专业联系电话E-mail那东明2009301390061动力与机械学院机械专刘鹏2009301390078电气工程学院电气工程与自动化专ala_赵鹏程2009302540131电气工程学院电气工程与自动化专omeone000000sina. com马晓2009301390068动力与机械学院机械专业13027158564948575157孙振杰2009301390039动力与机械学院机械专业15972120398247697247注：项目负责学生的信息填写在本栏目的第一行，成员共计不超过5人。导师信息姓名院（系）职称联系电话E-mail肖晓晖动力与机械学院教一、申请理由（包括自身具备的知识条件：特长、兴趣等）本小组成员均对科研有着浓厚的兴趣，有较高的创新精神，勇于创新；所有成员均学习成绩优异，有较强的学习和动手操作能力。对待学习科研态度认真严谨，不畏艰难，勇于克服困难。同时，本项目的指导教师肖晓晖教授在机械电子工程研究领域，包括机器人学、微/纳米精密运动控制、测控技术等研究方向有着丰富的科研经验，掌握了本专业最前沿的理论与技术，了解国内外最新相关研究动向，并有着丰富的指导与主持科研项目的经验。本小组成员为动力与机械学院机械专业学生及电气工程学院电气工程与自动化专业学生，在知识条件上机械学生通过学习测试技术课程掌握静、动态测量和工程试验所需的基本知识和技能，电气学生通过学习电气工程基础课程掌握电力系统稳态分析、电力系统故障分析的基本原理及计算方法，以上课程均对本课题研究在理论上有帮助。那东明：09级团总支书记，具有较佳表达能力和较高管理、组织、协调能力，能较好地组织、安排、协调队员关系与分工。专业课基础知识扎实，对待学习和科研态度一丝不苟，责任心强，具有较强的分析，处理问题的能力和较好的表达与交流能力。对电子领域有浓厚兴趣，擅长计算机软件知识，具有良好的创新实践意识。对科研有着浓厚的兴趣，勇于创新，希望自己能够在科研上有所突破。刘鹏：学习成绩优良，专业知识较为扎实，在大二电工实践课程中曾接触过断路器，详细学习过电路，电机，模拟电子技术等专业课程，并将要在大三的电气工程基础一门课中更加具体学习有关断路器相关知识。对MATLAB,ANSYS等软件进行过相关学习和使用。爱好钻研，勇于探索，思维较活跃，具有较强的实践能力。转专业前曾在动力机械学院学生会和社团联合会工作，工作认真负责，团队意识强。赵鹏程：热爱学习，成绩优良，熟练掌握专业知识，喜欢钻研，思维敏捷，勤于动脑，富有创新意识，敢于提出问题并解决问题，具有较强的动手实践和学习能力。曾参加“东征齐鲁”暑期实践活动，进入电厂进行参观学习，获得了一定的实践经验，并且该实践获得了院级三等奖。曾担任学习委员，对工作认真负责，并且与其他班委和老师关系融洽，有良好的合作精神和集体意识。马晓：动力与机械学院机械专业09级学生，我性格沉稳，善于思考，并且一直以来都对科研有着强烈的愿望、极大的热情和浓厚的兴趣。我喜欢电脑软件技术，擅长PS等绘图软件，也对CAD、Proe等专业软件有所了解。我希望所学能够有所用，也希望自己能在科研方面有所突破。孙振杰：热爱学习，乐于钻研，成绩优异，对科研有着极大的兴趣，大一大二期间先后任班级团支书、班长，具有一定的解决问题的能力与良好的合作精神，精通CAD等专业绘图软件，专业知识较为扎实，思维活跃，创新能力强，具有较强的动手实践能力。希望在科研上有所成就。二、立项背景（研究现状、趋势、研究意义等，参考文献和其他有关背景材料）1.研究现状随着高速电气化铁路和客运专线供电管理标准的提高，对变电设备安全、可靠性也提出更高要求，就目前中国电气化铁路电气设备管理方式来说，要满足其标准要求，将花费大量的运行维护成本。因此，必须采取必要的设备监测措施来减少变电系统事故隐患，降低事故开率，缩短故障查找和检修时间，确保变电系统可靠运行，为降低运行维护成本、提高运输经济效益和树立铁路的良好形象发挥重要作用。中国目前电气化铁路牵引变电设备的维修仍采用定期停电检修试验方式。这样的试验方式虽然可以解决一部分问题，但由于是在低压下模拟高压状态，测试结果不能全面反映设备在实际运行状态下的真实情况，并且停电对铁路正常运行会造成一定影响。此外，监测周期长，设备仍存在带隐患运行的可能，维护测试也有一定的盲目性，加大了维护人员劳动强度和运行维护成本。断路器主要故障为操动机构故障，所以断路器在线监测的重要对象就是操动机构。操动机构的机械状态获取是非常复杂的，出现某一种故障，机构的状态特征可能很多，同时，当机构的某一状态特征发生变化时，引起故障的原因或故障的位置也不可能是唯一的。目前监测断路器操动机构主要是采用提取特征量、做信号比较的方法，当某一表征信号与正常情况有变化时，就可能发生了故障，而对引起故障原因的具体类型和部位则还需要经验加上理论进行分析。实现断路器操动机构在线监测的方法很多，如频谱分析，红外线分析，系统动态响应特性的测试分析，系统压力的动态测试，组件壳体的振动信号分析，超声波的分析等，这些方法原理各异，现场实施难度和成本也不同。因此如果要获取操动机构所有的状态特征既不现实，其经济性也是铁路部门不能接受的。2.研究趋势和意义断路器作为发电与用电之间的联系环节，其可靠运行对于保证铁路电网的安全意义重大。近十年的统计数字表明，我国每次断路器事故平均损失的电量达数百万千瓦时，它所导致的损失为设备本身价格的数千倍甚至数万倍，对于电气化铁路的运营其间接损失也很巨大。因此，铁路运营部门对保证断路器的运行可靠性提出了迫切的需要和更高的要求。所以，有必要研制适应高速电气化铁路及客运专线特点的设备在线监测系统， 实现对断路器的实时在线监测，在建立设备分析模型的基础上，通过专家诊断软件系统对历史数据进行统计分析，确定设备运行状态，指导运行维护人员。随着计算机技术、信号处理、人工智能和传感技术的日趋完善，对电气设备的运行状态进行在线监测已经成为可能。这种方法能够及时发现设备的缺陷，降低事故的发生率，减少设备预防性试验和检修的工作量及停电次数。因此，为了确保断路器的安全运行和提高铁路系统运行的可靠性，以在线监测为依据的状态监测维修逐步取代以预防性试验为主的预测维修，或者弥补预防性试验的不足，延长预测维修的周期，这无论在理论上和实用上都具有重大的技术经济价值。3参考文献1 成永红.电力设备绝缘检测与诊断M.北京：中国电力出版社，2001.2 刘正超，赵伟.大型电气设备综合在线监测系统的网络化J.电测与仪表，2000，(12):2-3.3 徐大可，张元林，王文胜.变电站电气设备在线监测综述J.电力自动化设备，2001，（9）:1-2.4 方可行.断路器故障与监测.北京：中国电力出版社.2002.5 苑舜. 高压开关设备状态监测与诊断技术.机械工业出版社.20026 黄瑜龙，钱家丽.高压断路器机械状态的监测J.清华大学学报（自然科学版），1998,4(38):79:81.三、项目方案拟定本项目的技术路线，如图2所示。根据分层分布式配置需求，在线监测系统由后台专家诊断系统、通信管理单元和就地智能化间隔监测单元组成。各间隔监测单元布置于现场设备处，就地完成设备状态数据的在线测量及处理。站内通信管理机通过工业以太网或串行总线和间隔设备联系，控制各间隔监测单元，接收各间隔监测单元测量和上传的实时数据。通信管理机可根据网络及通信的具体情况，采用通过内部局域网向站内后台专家诊断系统或通过调制解调器向远程维修调度诊断系统传送数据。诊断软件可安装于调度部门，通过Web浏览方式远程监视各间隔单元实时、历史数据，并可接入牵引变电相关管理部门，协助专业工程师及有关领导对设备进行管理和设备运行状况的评估。远程诊断系统使工程师可以随时随地通过网络在线监测断路器的运行状态参数。断路器在线监测系统主要监测开断电流、行程-时间特性、分合闸线圈电流。主要监测项目可参见表1.表1 主要监测项目设备 名称监测项目色谱 分析局放tan全电流测点 温度C其他断路器动作 次数间隔监测单元系统结构如图1单台现场断路器间隔监测单元系统结构 图1通信管理机信号调理融合模块采集卡采集卡下位机电压电流传感模块直线位移传感器开关量信号传感模块震动传感器各监测量采用的传感器如表2传感器类型传感器型号主要技术参数电流互感器TA20-20额定输入电流：60A，额定输出电流：0.30mA，非线性度： 0.4压力传感器WP401B量程：O.2KPa400MPa，输出信号：(420)mADC，无数字显示，工作温度：-4085温度传感器JCJ100G温度范围：-50100，输出信号：(420)mADC，环境温度：-2080，相对湿度：590RH露点传感器JCJ200M输出信号：(420)mADC，工作电压：24V，响应时间升湿5秒，准确度：0.2%压力传感器WP401A量程：0.2KPa400MPa，输出信号：(420)mA，有数字显示工作温度：-4085电流互感器TA17-02额定输入电流：20A，额定输出电流：010mA，非线性度：0.1监测系统采用模块化的软件设计结构，它由主程序、中断服务程序、数据处理程序、显示程序和通讯程序等组成。技术路线如图2图 2 技术路线bgee序的相关研究论文1.研究高压断路器的结构、工作原理及参数；2.分析高压断路器常见故障；3.同时进行对断路器工作参数测试，并确定测试方案；4.研究工业以太网组建原理，并确定最终网络传输方案；5.设计各功能软件并最终优化；6.组建样机模型，并对样机模型进行综合评估，优化方案；7.使用终选方案制作出成品，申请专利；四、预期成果1.在核心期刊上发表论文1-2篇,初步