1绪论
1.1课题背景及意义
(1)开关柜内部的弧光故障发生频率高、故障危害大，并且越来越严重的威胁到电力设备以及人身的安全。幵关柜内部发生弧光故障如果不能及时切断就会发展成中低压母线的故障，造成供电系统失稳、大面积停电、开关设备严重烧毁等灾难性后果，甚至有人身伤亡事故的发生⑴。(2)目前，针对幵关柜内可能产生的弧光，主要的防护措施有变压器后备过流保护，馈线速断保护闭锁变压器后备过流保护，高阻抗母线保护等。这些保护措施存在反应速度慢，断路器容易误动或保护范围受限等不足[2]。(3)本人实习所在公司生产的中低压幵关柜中，目前针对弧光的保护措施以互感器后备的过流保护为主，没有专门针对弧光的保护装置。2012年8月，无锡某变电站使用的本公司生产的开关柜遭雷击发生事故。分析故障发生的原因是：由于雷击，雷电过电压由户外的高压母线进入，导致进线柜两侧的开关设备绝缘破坏，绝缘件起弧并长时间发热燃烧，起弧后没有相应的检测和保护措施来切断高压电源防止事故扩大。因此，研发弧光保护装置显得十分的重要。
1.2技术现状与发展趋势
主控单元是粮个系统的核心，它负责管理和控制整个系统。主控单元通过检测电流和弧光信号，对检测到的数据进行处理和判断，发出跳闹信号来切除故障；弧光单元通过安装在幵关把内部的弧光传感器将弧光信号转换成电信号，并传送至主控单元，作为保护动作的一个判据：电流申-元对进线的电流进行检测，把检测到的电流信号传送至主控窄元，作为保护动作的另一个判据。
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2开关柜内弧光特性分析
2.1弧光产生的原因及特点
(2)载流回路不良。有些开关柜中存在一些接头截面不够，紧固螺栓松动等问题，当有大电流流过时，可能会引起发热、冒火进而导致相间短路，相对地击穿等。(3)外来物体的进入。如小老鼠等动物进入开关设备内，或由于维修人员的工作疏忽，在维修结束后将一些废弃材料遗留在开关柜内。(4)人为操作失误。如走错间隔，错误操作，未对工作区域进行接地，未对工作区域进行验电等。(5)系统方面的原因。如系统容量增大，电缆应用增多，接地方式改变，保护装置及自控装置配置不当，系统谐振过电压等原因。电弧光放电一般不需要很高的电压，属于低电压大电流放电。弧光产生的条件是在狭小的空间内有大电流，易发生于幵关柜中。产品因绝缘材料损坏、元器件老化、柜体结构不合理、维护不到位、污染、腐蚀、人为操作错误等原因均可导致故障电弧的产生。当开关柜内部发生弧光故障时，短路功率可高达8?60MW，所产生的能量主要与电弧的燃烧时间以及短路电流的平方成正比。故障电弧具有破坏力大、发展迅速、极易传播等特点，其燃烧所产生的巨大能量造成的故障效应包括燃烧、压力、福射和声响。电弧中心的温度超过lOOOO'C,最高可达到2000(rC。弧光的光强可达正常光照度的2000倍。弧光故障发生的时候有两个显著的特征：大电流和强光[13】。
2.2电弧光产生的危害
电弧光故障发生时会产生高温，可能会烧伤勺皮肤，强光易刺伤人的眼睛；若发生爆炸，爆破压力造成碎片飞射伤人，爆破音震动对人的耳膜、内脏等造成伤害。电弧光故障发生时还会产生大量的气体，其压力波可导致爆炸的发生；爆破音引起强烈震动，致使元件脱落；爆炸产生的高温可造成览及所有绝缘材料的燃烧，造成铜排、锅排燃烧溶毁气化等。母线故障将对变压器造成严重冲击。在一些地区，及以上等级的变压器在遭受穿越故障电流冲击而直接导致损坏的事故，约占全部事故的50%以上。特别是变压器低压侧出口短路时造成的故障一般需要更换绕组，严重时可能要更换全部绕组，其后果和损失是无法估量的。
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3总体方案设计…………10
3.1系统总体结构………….10
3.2硬件功能………….10
4系统硬件设计…………14
4.1设计方案 ………….14
5基于12C总线通信的软件设计………….. 33
6系统的调试
6.1串口调试助手
中U调试助手是中调试相关工只，可以动识别屯口，能设置校验、数据位和停止位，能以六进制接收或发送任何数据或字符，可以任意设定1：3动发送周期，并能将接收数据保存成文本文件，能发送任意大小的文本文件。
6.2系统的硬件调试
该系统进行硬件调试时，由上位机通过串调助手向单片机发送一个数据，若数据符合设定的要求，则对应的继电器将动作。该系统进行硬件调试的数据格式为：上位机发送（OlOlOXXXB 二进制码）即（十六进制码），字节高位同定不变，字节低三位有效，分別对应三个继电器，低三位中为“1”的位对应的继电器将吸介，红灯亮；为“0”的位继电器不动作，灯不亮。
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7总结与展望
本文是基于STC11L60XE单片机的弧光保护装置的研究与开发，主要完成了以下工作：(1)在掌握硬件系统中各种元器件功能的基础上，完成了系统的硬件设计。硬件系统采用以STC11L60XE高速单片机为核心的主控单元，配置有照度、温度以及温湿度传感器，与上位机接口部分有RS-232、USB以及CAN接口，可任选一个与上位机进行通信。(2)通过I2C软件包底层子程序，用MCU的I/O 口来模拟SDA/SCL总线，在单片机与外接传感器之间实现I2C总线通讯。(3)通过单片机的串口，实现与上位机之间的数据传输，将传感器检测到数据在上位机的串口调试助手上进行读取和调试。(4)弧光保护装置的主要监控对象是光照的强度，使用ISL29023照度传感器，当检测到的光强大于设定的阀值时，系统控制继电器吸合。经过对系统的调试，系统的硬件、软件运行情况达到了预期的效果。
另外，在实际使用时要配合电流的检测，检测电流的异常状态。可在保护装置中加入对电流的检测，保护策略调整为当同时检测到超过阀值的光强和突然增大的电流时动作。由于对采集到的电流如何使用，即电流如何变化时说明产生了电弧，需要大量的实验数据来得出，受实际调试因素的限制，目前对于电流方面的检测，仅能达到理论阶段。该装置配置有温度以及温湿度传感器，在后面的工作中，可在系统中加装加热器和排风扇，根据开关柜中的温度值和湿度值来控制加热器与排风扇的工作与否，来给开关柜加热除湿或排热。
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参考文献（略）