QC-研制ZS3.2型開關柜智能型閉鎖裝置

1、研制ZS3.2型開關柜智能型閉鎖裝置一、 選擇課題（一）課題分析防誤閉鎖裝置是變電站防止“五大類型”誤操作的一個重要設備，可靠的防誤操作閉鎖裝置是人身、電網(wǎng)及設備安全穩(wěn)定運行的重要保障。國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施中明確指出：高壓開關柜應選擇“五防”功能完備的產(chǎn)品。國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程也明確規(guī)定：高壓電氣設備都應安裝完善的防誤操作閉鎖裝置。且具有完善的防誤閉鎖裝置功能，不具有防誤閉鎖功能的應加裝機械鎖。2013年的“4·12”人身死亡事故和福建寧德“3·7”人身死亡事故，都是由于防誤閉鎖裝置的缺陷，導致在柜內(nèi)帶電情況下，作業(yè)人員仍然可以打開柜門，進入柜內(nèi)，從

2、而發(fā)生人身死亡的重大安全事故。由此可見，防誤閉鎖裝置對作業(yè)人員的安全有著至關重要的作用。而目前公司所屬變電站中所使用的廈門ABB開關有限公司于1999-2006年間提供的ZS3.2型中壓開關設備(如下圖所示)，其原有的開關設備五防功能（針對此類開關柜電纜倉門應具有的防誤操作閉鎖功能解釋為：當接地刀閘未合上時，電纜室倉門無法打開，通俗講即保證電纜室沒電的情況下，電纜室倉門才能打開）不全面，開關柜內(nèi)帶電的情況下，亦可用專用搖把或者螺絲刀開啟電纜室倉門。檢修人員若在柜內(nèi)帶電的情況下，擅自打開電纜室倉門，誤入帶電間隔，極有可能造成人身觸電事故。螺絲緊固帶電電纜（制圖人：畢凱 制圖日期：2014.02.

3、03）（二）提出課題這些五防功能存在缺陷的開關柜，大大增加了檢修人員觸電的風險。如何解決這個問題，使此類開關柜滿足十八項反事故措施和安全工作規(guī)程的要求便成了當務之急。為此，小組查閱了大量的專業(yè)資料，結合現(xiàn)場實際，提出了三種解決問題的思路：1、改造柜門，加裝鎖具，只有確認柜內(nèi)無電的情況下，方可由運行人員持專用鑰匙進行解鎖開門。2、對開關柜內(nèi)部進行改造，安裝隔離擋板與接地刀閘連鎖裝置，在接地刀閘合上時，隔離擋板同時打開。3、研制自動閉鎖裝置，當柜內(nèi)帶電時，柜門無法打開。小組成員根據(jù)這三種思路，總結出了以下待選課題：待選課題課題一：加裝開關柜電纜倉門鎖課題二：研制隔離擋板與接地刀閘連鎖裝置課題三：研

4、制開關柜智能型閉鎖裝置（制圖：王美君 時間：2014.02.18）（三）課題選擇小組成員經(jīng)過討論后認為，各項指標需滿足以下五個基本條件，才能作為最佳課題進行選擇。條件描述難易程度小組成員可自行完成有效性在電纜倉內(nèi)帶電的情況下，檢修人員不會誤入經(jīng)濟性按照車間成本管理要求，整套裝置不超過3000元時間性時間不能過長，改造一個變電站時間不宜超過一周可靠性長時間使用性能不會發(fā)生變化根據(jù)以上五個基本條件，我們對三個待選課題分別進行綜合評估，每個基本條件總分為5分，評估結果如下：課題課題分析綜合評估結論課題一：加裝開關柜電纜倉門鎖改造柜門，加裝鎖具，只有確認柜內(nèi)無電的情況下，方可由運行人員持專用鑰匙進行解

5、鎖開門。難易程度有效性經(jīng)濟性時間性可靠性否決僅對柜門進行改造，較為容易需要人工控制解鎖，有可能誤解鎖。主要費用為購買程序鎖，改造每個開關柜大約500元。改造一個變電站時間不超過3天長時間使用性能基本不會發(fā)生變化。3分2分4分3分4分總得分：16分課題二：研制隔離擋板與接地刀閘連鎖裝置對開關柜內(nèi)部進行改造，安裝隔離擋板與接地刀閘連鎖裝置，在接地刀閘合上時，隔離擋板同時打開。難易程度有效性經(jīng)濟性時間性可靠性需要對開關柜內(nèi)部進行改造，較為復雜。裝置與地刀之間機械連鎖，無需人員操作，有效性較好隔離擋板和地刀連桿費用較高，每套大約需要2000元。內(nèi)部構造變動很大，改造一個站需要一個月的時間。否決由于需要

6、改造接地刀閘，設備可靠性降低。2分4分2分1分1分總得分：10分課題三：研制開關柜智能型閉鎖裝置研制自動閉鎖裝置，當柜內(nèi)帶電時，柜門無法打開。難易程度有效性經(jīng)濟性時間性可靠性采用僅對柜門進行改造，較為容易采用電子信號控制，只要抗干擾能力強，不會存在有效性問題?？梢岳矛F(xiàn)有的保護輔助觸點，改造費用1000元每套。改造一個變電站時間不超過3天長時間使用性能基本不會發(fā)生變化。3分5分3分3分4分總得分：18分（制表：趙曉楠 時間：2014.02.20）查新：確定課題方向后，小組首先開展了查新工作。小組在中國專利信息網(wǎng)（1985-2014）進行檢索，確定檢索詞為“ZS3.2型開關柜 閉鎖裝置”，結果未

7、查到相關內(nèi)容。綜上比較，小組成員確定本次活動的課題是：研制ZS3.2型開關柜智能型閉鎖裝置。二、 設定目標（一）研制要求ZS3.2型開關柜智能型閉鎖裝置應能有效解決目前該型號開關柜在電纜室?guī)щ姷那闆r下，倉門仍能打開的五防功能缺失的問題。只有當監(jiān)測到地刀確已在合位，即電纜室內(nèi)部確已無電壓時，方可允許工作人員打開倉門，從而有效保障作業(yè)人員的安全。（二）量化目標1、使用裝置后，阻止在柜內(nèi)帶電情況下打開柜門的成功率達到100%。2、切換到閉鎖柜門的動作時間小于0.5s。（三）目標的可行性分析1、目前市場上電子技術與自動控制技術的產(chǎn)品已經(jīng)相當成熟，研制可能用到的信號元件、動作元件均能保證誤差精度<

8、5%，完全可以滿足要求，因此利用裝置阻止在柜內(nèi)帶電情況下打開柜門的成功率達到100%的目標可行。2、如果利用地刀的輔助觸點接收信號進行邏輯判斷，相比于機械聯(lián)動來說，時間可以大幅縮短至毫秒級，閉鎖柜門的主要時間為裝置動作時間。選取合適的動作元件，便可達到動作時間小于0.5s的要求。3、小組成員中有高級技師2名，技師2名，高級工5名，大專及以上學歷的成員占到了100%，其中一人還掌握機械設計軟件AutoCAD，具有良好的理論、設計和技能基礎。4、小組從成立至今研制出多種實際應用效果良好的工器具，獲得7項專利，因此小組成員具有充分、成熟的工器具研制經(jīng)驗。綜上所述，本次活動在技術、管理和經(jīng)驗方面均已經(jīng)

9、過充分的考慮，我們設定的目標是可以實現(xiàn)的。三、 提出方案并確定最佳方案小組成員查閱了國內(nèi)外大量的相關專業(yè)技術資料，結合現(xiàn)場實際及多年經(jīng)驗，集思廣益，運用“頭腦風暴法”和親和圖對ZS3.2型開關柜智能型閉鎖裝置的組成特性進行了歸納整理，如下：ZS3.2型開關柜智能型閉鎖裝置通訊方式動作方式信號傳輸不受電磁場環(huán)境干擾動作時間短，動作迅速動作信號來源需可靠通訊路徑不干擾開關柜內(nèi)布局固定方式滿足防誤操作閉鎖功能要求保證裝置固定穩(wěn)定保證改造時簡便易行 不會破壞開關柜的性能裝置制作費用低，便于推廣裝置設計合理，易于研制裝置保養(yǎng)維修簡單，費用低（制表：畢凱 時間：2014.03.05）（一）方案的第級分解由

10、親和圖可以看出，新研制的裝置主要由通訊單元結構、動作單元和固定單元三部分組成。方案級分解示意圖通訊單元固定單元ZS3.2型開關柜智能型閉鎖裝置動作單元（制表：李利劍 時間：2014.03.10）針對方案級分解，小組研究了其各功能組合方式，得出閉鎖裝置的整體結構圖。信號判斷通訊單元動作信號閉鎖/解鎖柜門閉鎖模塊固定單元 （制圖：趙曉楠 時間：2014.03.12）（二）方案的第級分解根據(jù)裝置整體結構圖，進一步得到方案的級分解，小組逐一展開分析，每一個方案都提出相應的備選方案，并進行了詳細的對比選擇及相應評估。方案級分解示意圖方案提出二級分解一級分解信號傳送方式選擇信號傳送模塊通訊單元研制ZS3.

11、2型開關柜智能型閉鎖裝置信號來源的選擇信號來源動作單元閉鎖方式的選擇閉鎖模塊動作單元固定模塊固定方式的選擇固定單元（制圖：張啟紅 時間：2014.03.15）1、信號傳送方式選擇智能閉鎖裝置信號傳送方式要求：通訊單元負責將柜內(nèi)是否帶電的裝置與動作單元相連接。當柜內(nèi)帶電時，發(fā)信號給動作單元，閉鎖柜門；當柜內(nèi)無電時，發(fā)信號給動作單元，解鎖柜門。信號傳送方式設計待選方案：1、有線設計2、無線設計信號傳送方式方案設想：方案一：有線設計。采用屏蔽信號線將信號傳送至動作單元。方案二：無線設計。將信號轉(zhuǎn)換成無線信號，傳送至動作單元。設想方案論證：設想方案優(yōu)點缺點分析論證結論方案一：有線設計1、原理、結構簡單

12、2、費用較低。在開關柜內(nèi)布線較為繁瑣，且要注意與帶電部分的安全距離。采用1、利用PDSS01型納秒級脈沖標定信號源模擬開關柜內(nèi)高壓設備產(chǎn)生的電磁場。將一個脈沖信號從信號發(fā)生器通過2*1.0mm2的屏蔽信號線傳輸?shù)綄Χ私邮掌鳎囼灲Y果信號通過率為100%。2、利用停電檢修時機，對ZS3.2型開關柜內(nèi)部結構進行現(xiàn)場觀察，柜內(nèi)結構十分開闊，完全可以滿足布線要求。方案二：無線設計無需在柜內(nèi)布線，對設備影響較小。1、構造復雜，容易損壞。2、易受周圍電磁場干擾。3、費用較高。否決1、利用PDSS01型納秒級脈沖標定信號源模擬開關柜內(nèi)高壓設備產(chǎn)生的電磁場。用購買到的NRF24L01（433MHZ）無線收發(fā)模

13、塊進行數(shù)據(jù)收發(fā)試驗，試驗結果信號通過率為40%，不能滿足動作可靠性100%的要求。（制表：王新宇 時間：2014.03.20）2、信號來源選擇方案設想：方案一：帶電顯示裝置信號。從開關柜內(nèi)帶電顯示裝置分離出一路信號，通過邏輯判斷裝置判斷柜內(nèi)是否有電，從而發(fā)出是否閉鎖后柜門的信號。方案二：接地刀閘位置輔助觸點。利用開關柜二次倉內(nèi)接地刀閘的輔助觸點發(fā)出的信號，當?shù)氐逗仙虾?，從而發(fā)出是否閉鎖后柜門信號。設想方案論證：設想方案優(yōu)點缺點分析論證結論方案一：帶電顯示裝置信號1、判斷原理簡單。2、分離信號簡便。帶電顯示裝置容易故障，導致裝置失靈。否決1、小組查閱了2010年-2014年所有ZS3.2型開關柜

14、帶電顯示裝置的運行情況，其中帶電顯示裝置因為故障導致的消缺占到開關柜總數(shù)的5%。2、小組在現(xiàn)場中發(fā)現(xiàn)，帶電顯示裝置信號的截取需要對其進行改造，容易破壞其原有功能。方案二：接地刀閘位置輔助觸點1、輔助觸點信號較為可靠。2、無需通過邏輯運算器，可以直接發(fā)出閉鎖信號。需要連接二次倉，接線比較復雜。1、現(xiàn)場中二次接線倉內(nèi)端子比較繁雜，需要認真核對地刀輔助觸點信號的位置。采用2、地刀輔助觸點是通過二次回路得到的地刀位置的信號非常準確，不會發(fā)生誤判斷的情況。（制表：于杰 時間：2014.03.28）3、閉鎖方式的選擇方案設想：方案一：電磁閉鎖。利用電磁鐵的吸合來閉鎖柜門。方案二：機械閉鎖。利用市面常見的傳

15、統(tǒng)機械鎖具，通過人為管理鑰匙，實現(xiàn)對電纜室倉門的條件開啟。方案三：程序閉鎖。程序鎖內(nèi)置程序芯片，通過特有程序命令進行開啟或閉鎖。設想方案論證：設想方案優(yōu)點缺點分析論證結論方案一：電磁閉鎖1、原理簡單，不易損壞。2、價格便宜，適合大量安裝。易受到現(xiàn)場電磁場環(huán)境干擾，造成誤動。采用1、根據(jù)閉鎖設計要求，閉鎖元件應滿足機械強度機械強度大于80N·M，機械壽命大于2000次。利用試驗班現(xiàn)有拉力測試機進行測試，電磁閉鎖：機械強度大于90N·M，機械壽命大于3000次，滿足要求。機械閉鎖：機械強度大于120N·M，機械壽命大于4000次，滿足要求。否決程序閉鎖：機械強度大于1

16、00N·M，機械壽命大于4000次，滿足要求。2、電磁閉鎖：利用PDSS01型納秒級脈沖標定信號源模擬開關柜內(nèi)高壓設備產(chǎn)生的電磁場，測試結果未有誤動現(xiàn)象發(fā)生。3、機械閉鎖：人為管理解鎖，容易出現(xiàn)誤開啟倉門的情況，不予采納該方案。否決4、程序閉鎖：對程序鎖進行閉鎖、解鎖操作，成功解鎖率98%，不滿足100%的目標要求。方案二：機械閉鎖1、原理簡單。2、容易購買。人為管理解鎖，容易出現(xiàn)誤開啟倉門的情況。方案三：程序閉鎖1、程序授權操作，不易出現(xiàn)誤開啟。1、大量安裝價格較貴。2、控制程序復雜，易發(fā)生故障。（制表：畢凱 時間：2014.04.06）4、固定方式的選擇方案設想：方案一：螺絲固定

17、。在柜門處開孔，固定閉鎖裝置。方案二：金屬粘膠固定。利用金屬粘膠固定閉鎖裝置。方案三：拼接固定。利用柜門結構，設計免螺絲固定裝置。設想方案論證：設想方案優(yōu)點缺點分析論證結論方案一：螺絲固定1、原理簡單，固定牢固。2、安裝便捷，維護方便。需要破壞柜體，對柜內(nèi)裝置安全影響未知。采用1、小組利用一面廢舊的開關柜進行試驗，將三種固定方式分別安裝在柜門上，測試其承重。螺絲固定：最大承重100kG金屬粘膠固定：最大承重10kG拼接固定：最大承重35kG螺絲固定承重能力最好。2、三者安裝單價都可以忽略不計。3、安裝時間螺絲固定：3分鐘否決金屬粘膠固定：1分鐘拼接固定：2分鐘三者安裝時間差別不大。4、螺絲固定

18、只對柜門進行改造，柜內(nèi)沒有有害氣體也不會改變至帶電部位的距離，經(jīng)咨詢廠家，改造不會影響帶電設備。否決5、金屬粘膠固定經(jīng)測試，5天后脫落。方案二：金屬粘膠固定1、容易購買。2、安裝便捷。1、金屬粘膠后柜門不美觀。2、時間久了會脫落。方案三：拼接固定1、不破壞柜門2、安裝便捷。1、設計復雜，無法滿足所有柜門要求。2、裝置不夠牢固（制表：王美君 時間：2014.04.15）（三）最佳方案的確定經(jīng)過逐步分析和評估，小組確定了實現(xiàn)目標的最佳方案：最佳方案二級分解一級分解有線傳輸信號傳送方式通訊單元研制ZS3.2型開關柜智能型閉鎖裝置接地刀閘位置輔助觸點信號來源動作單元電磁閉鎖閉鎖模塊動作單元固定模塊螺絲

19、固定固定單元（制圖：張啟紅 時間：2014.04.20）四、 制定對策小組成員按照5W1H原則制定對策表如下表所示：序號對策目標措施地點時間負責人1有線傳輸線路設計設計有線傳輸線路在柜內(nèi)的布線，確?？闺姶鸥蓴_能力達到100%。1、利用一面廢舊ZS3.2型開關柜進行有線傳輸線路在柜內(nèi)的走線設計。2、選擇抗干擾能力強的線材。3、進行抗干擾能力測試，達到100%抗干擾。?？麆?chuàng)新工作室、35kV田村變電站5.10趙曉楠王美君2接地刀閘輔助觸點信號的截取地刀輔助觸點輸出信號與地刀實際位置相符率100%。1、聯(lián)系二次檢修班確定地刀輔助觸點的選擇。2、測試輔助觸點輸出信號與地刀實際位置相符率達到100%3、

20、將有線線路接入輔助觸點?？麆?chuàng)新工作室、35kV田村變電站5.20張啟紅王新宇3電磁閉鎖模塊設計選取合適的閉鎖模塊，確保動作時間小于0.5s。1、選取合適的電磁閉鎖模塊2、測試其動作時間小于目標值0.5s。?？麆?chuàng)新工作室、35kV田村變電站5.30畢凱畢凱4螺絲固定模塊設計1、設計合適的固定部件，所有部件尺寸偏差不得大于0.1mm。2、確保各部件組裝整體牢固，抗機械沖擊大于5kg。1、根據(jù)柜門和閉鎖裝置的尺寸設計固定模塊尺寸。2、選擇合適的材料制作固定模塊，保證整體抗機械沖擊大于5kg，且所有部件尺寸偏差小于0.1mm。?？麆?chuàng)新工作室、35kV田村變電站6.10趙曉楠李利劍5ZS3.2型開關柜智

21、能型閉鎖裝置的現(xiàn)場安裝與調(diào)試實現(xiàn)使用裝置后，阻止在柜內(nèi)帶電情況下打開柜門的成功率達到100%；切換到閉鎖柜門的動作時間小于0.5s。1、利用停電機會對35kV開關柜進行改造。2、測試安裝完成后的閉鎖裝置的動作成功率和動作時間35kV田村變電站7.21畢凱王美君（制表：趙曉楠 時間：2014.05.07）五、 按對策表實施（一）對策實施一：有線傳輸線路設計確定對策表后，小組成員首先進行有線傳輸線路的設計。1、2014年5月12日，由小組成員于杰、畢凱利用一面退運的ZS3.2型開關柜完成柜內(nèi)從端子倉到柜門處的走線設計。布線路徑盡量避開柜內(nèi)帶電部位，且利用現(xiàn)有的CT電纜槽，最大可能的避免破壞開關柜內(nèi)

22、部設備。2、小組將改造方案報送公司相關部門審核，經(jīng)審核，改造方案符合有關安全要求，不會對柜內(nèi)設備產(chǎn)生影響。3、2014年5月13日，由小組成員趙曉楠去電子市場選購了三種抗干擾能力較強的線材。小組利用PDSS01型納秒級脈沖標定信號源模擬開關柜內(nèi)高壓設備產(chǎn)生的電磁場，對三種線材進行抗干擾能力測試。最終確定直徑1.0mm的10芯端子線為有線傳輸線路線材，其抗干擾能力達到100%。（二）對策實施二：接地刀閘輔助觸點信號的截取1、2014年5月22日，由小組成員畢凱與二次檢修班同事一起確定了開關柜內(nèi)二次電纜倉地刀輔助觸點信號節(jié)點的選取。2、2014年5月24日，張啟紅對連接好的線路進行測試。經(jīng)測試，地

23、刀輔助觸點輸出信號與地刀實際位置相符率達到100%。（三）對策實施三：電磁閉鎖模塊設計1、2014年6月2日，由小組成員畢凱與ABB廠家進行聯(lián)系，購買了兩種電氣用電磁鐵原件，并進行了對比試驗，試驗結果如下。經(jīng)試驗，第二種電磁鐵動作時間過長，不予采用。型號驅(qū)動電壓額定吸力行程動作時間是否采用EM20-S-004FT220V DC20N50mm0.4s采用EM40-K-002220V DC40N60mm0.8s否決（制表：畢凱 時間：2014.06.07）（四）對策實施四：螺絲固定模塊設計1、2014年6月15日，小組成員趙曉楠利用AUTOCAD軟件畫出了固定模塊的三維視圖，如下圖所示。（制圖：趙

24、曉楠 時間：2014.06.16）2、2014年6月18日，小組成員趙曉楠根據(jù)柜門尺寸和電磁鐵模塊的尺寸設計了固定模塊的尺寸，并繪制了具體的加工尺寸圖，如下圖所示：（制圖：趙曉楠 時間：2014.06.19）（制圖：趙曉楠 時間：2014.06.19）3、2014年6月20日，小組成員趙曉楠根據(jù)具體加工尺寸圖，聯(lián)系明榮鑄造機械廠對螺絲固定模塊進行制作，成品如下圖所示： 4、小組成員李利劍對制作完成的螺絲固定模塊進行尺寸測量，經(jīng)檢驗所有尺寸偏差均小于0.1mm。而后，有利用班組安全工器具力學性能試驗臺對其進行力學試驗，經(jīng)檢驗該模塊整體抗機械沖擊大于5kg。（五）對策實施五：ZS3.2型開關柜智能型閉鎖裝置的現(xiàn)場安裝與調(diào)試2014年7月21日，小組成