研制智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置--國網(wǎng)寧夏電力公司石嘴山供電公司變電檢修室變電二次運檢二班QC小組

1、研制智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置國網(wǎng)寧夏電力公司石嘴山供電公司變電檢修室變電二次運檢二班QC小組（一） 小組概況：小組名稱國網(wǎng)寧夏電力公司石嘴山供電公司變電檢修室變電二次運檢二班QC小組活動課題名稱研制智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置注冊時間2015年2月1日課題類型創(chuàng)新型活動次數(shù)18 次出勤率98%小組成員情況姓名性別學歷職務(wù)組內(nèi)分工陳海東男研究生組長全面負責陳 濤男本 科副組長設(shè)計方案王學繼男本 科指導(dǎo)協(xié)調(diào)指導(dǎo)張 鍇男研究生組員具體實施高 奇男研究生組員具體實施張 雷男本 科組員具體實施湯 超男本 科組員具體實施侯雨辰男本 科組員具體實施李岳峰男本 科組員具體實施劉濤只男研究生組員資料

2、收集王景波男本 科組員資料收集孫夢佳女本 科組員資料收集柳 彬男本 科組員資料整理逯 洋男本 科組員資料收集趙小龍男本 科組員資料收集小組獲獎情況2014年，“新型非全相保護時間繼電器裝置”項目獲得寧夏電力行業(yè)QC一等獎。2014年，“新型非全相保護時間繼電器裝置”項目獲得石嘴山市五小一等獎。2015年，“新型非全相保護時間繼電器裝置”項目獲得國網(wǎng)公司QC三等獎。2015年，“新型非全相保護時間繼電器裝置”項目獲得全國電力行業(yè)QC二等獎。2015年，“智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置的研制”項目獲得寧夏電力行業(yè)QC一等獎。2015年，“智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置的研制”項目獲得石嘴山市五

3、小一等獎。2015年，“智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置的研制”項目獲得國網(wǎng)寧夏電力公司五小一等獎。（二）報告正文1、 選擇課題（一）.課題背景國調(diào)中心第2012303號文件印發(fā)的變電站典型信息表（試行）規(guī)范中將“控制回路斷線”信號歸為第二級的"異常"類型，必須立即處理。寧夏電網(wǎng)地區(qū)調(diào)控機構(gòu)集中監(jiān)控缺陷管理規(guī)定（試行）第十二條將控回斷線歸類為危急缺陷，根據(jù)該規(guī)程要求 必須立即趕往現(xiàn)場處理，處理時限不得超過24小時。但是由于故障可能發(fā)生在保護裝置部分也可能發(fā)生在斷路器本身跳合閘回路上，因此需要保護人員和檢修人員共同趕到現(xiàn)場處理。然而一般故障點只有一處，這就造成了人員的極大浪費

4、，工作人員和車輛需增加一倍，并且增加了隱患排查時間。（二）.調(diào)查分析石嘴山電網(wǎng)下轄56座變電站，近1900個斷路器，2014年1月至12月石嘴山電網(wǎng)全年控回斷線缺陷63次，造成經(jīng)濟損失近24萬元.（三）課題確定查新表明國內(nèi)目前無斷路器分合閘線圈保護及控回斷線故障診斷裝置。研制一種裝置，可以在斷路器機構(gòu)卡澀或控制回路異常時，保護分合閘線圈不被燒毀，并且在控回斷線時能夠快速判斷故障區(qū)域，以減少消缺時間和所需的人力。二、設(shè)定目標（一）目標研制一種保護裝置能防止控制回路中電流過大或電流持續(xù)時間過長導(dǎo)致的分合閘線圈燒毀，以此降低設(shè)備損壞的可能；能夠判定控制回路故障區(qū)域，減少控回斷線故障時，出勤的人數(shù)。具

5、備告警和上送故障信號的功能。（二）目標值保護動作電流、動作時間的誤差低于5%的國網(wǎng)要求。保護分合閘線圈正確動作率達到100%，將分合閘線圈燒毀的概率降低到0%；控制回路故障區(qū)域判定準確率達到100%，減少50%以上的查找控回斷線缺陷所需的人力、物力。（三）目標可行性分析圖1可行性分析圖 制圖：陳海東 時間：2015.02.28三、提出各種方案并確定最佳方案（一）裝置親和圖圖2裝置研制親和圖 制圖：陳海東 時間：2015.03.01（二）.提出方案圖3 方案分解 制圖：張鍇 時間2015.3.1（三）確定最佳方案1智能芯片選擇小組成員對智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置的智能芯片進行討論，主要有三

6、個芯片：電流型時間繼電器、ARM、單片機。通過對以上三種方案的實驗和分析，小組成員決定將方案三單片機式智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置作為我們小組的實施方案。對三種芯片分別進行50次實驗，主要對動作電流和動作時間進行了統(tǒng)計，繪制了如圖4：圖4 單片機動作時間、動作電流頻次圖 制圖：陳濤 時間2015.05.25通過計算，最終選擇各項指標均達到要求的單片機作為芯片。2電源形式選擇表1 電源的選取電源形式優(yōu)缺點分析結(jié)論交流220V 優(yōu)點：1、取用簡單。缺點：1、受現(xiàn)場約束。無法串入控制保護回路中，且能造成交直流混用。3、給單片機供電時，需要整流、降壓等過程才能實現(xiàn)。不采用直流110V優(yōu)點：1、不存

7、在交直流混用。缺點： 1、受現(xiàn)場約束，現(xiàn)有控制回路采用直流220V作為控制電源，取110V直流電源須增加線芯取地電位，元器件損壞時易造成直流接地。2、給單片機供電時，需要降壓等過程才能實現(xiàn)。不采用直流220V優(yōu)點：1、不存在交直流混用。2、控制回路本來用的就是直流220V，取用方便，不受現(xiàn)場情況約束。缺點：1、給單片機供電時，需要降壓等過程才能實現(xiàn)。采 用制表: 湯 超 時間：2015.05.263中間繼電器選擇表2中間繼電器的選取待選元器件廠家型號歐姆龍EMI-SH-2110D東芝HF118F-024-1ZS1 10A250V元件參數(shù)工作電壓DC220VDC220V節(jié)點數(shù)目2常開2常閉節(jié)點2

8、常開2常閉節(jié)點動作時間25ms以下25ms以下返回時間25ms以下25ms以下觸點切換電壓250V250V周圍環(huán)境溫度-5570-5070電壽命100000次150000次體積43*81*145mm34.5*34.5*52mm市場價格150200元/個2030元/個方案評估優(yōu)點：1、電氣性能良好，符合標準 2、2常開2常閉節(jié)點，滿足設(shè)計要求。 缺點：1、體積較大2、市場價格較高 優(yōu)點：1、電氣性能良好，符合標準,電壽命好 2、2常開、2常閉節(jié)點，滿足要求。 3、外型透明，體積合適，價錢低廉結(jié)論不采用采 用制表: 湯 超 時間：2015.05.264電流采樣模塊選擇表3 電流采樣模塊的選取方案L

9、Z812CVHCS-LTS-06A待選元器件方案優(yōu)點1.采樣線性度較好，可用于弱直流電流采集、逆變電源及太陽能電源。2.小型化易于安裝。3.功耗低。1.精度高，采樣線性度較好，符合要求。2.小型化易于PCB板安裝。3.低功耗、衰耗低。4.較強的電流過載能力。5.安全性較高。方案缺點精度較低，通常應(yīng)用于變頻家電領(lǐng)域是否選用不采用采用制表: 張 雷 時間：2015.05.265液晶顯示器選擇表4液晶顯示器的選擇.方案LCD12864彩色TFT待選元器件方案優(yōu)點1.漢子圖形點陣液晶顯示，可顯示所有字符。2.背景顏色為灰色或者藍色。1、彩色顯示，顯示清晰。2.帶有完整的字庫，所有字符和圖形均可以顯示。

10、 3、經(jīng)試驗無顯示錯誤情況。4、亮度高，功耗小，壽命長，耐沖擊，性能穩(wěn)定。方案缺點不能彩色顯示、圖形、標示符等。是否選用不采用采用制表: 陳海東 時間：2015.05.266指示燈選擇表5 指示燈的選取待選元器件型號廠家 元件參數(shù)方案評估結(jié)論防水指示燈8工作電壓:DC220V直徑:22mm市場價格:510元/個優(yōu)點: 1、工作電壓適合 2、性能穩(wěn)定 3、價錢低廉采用制表: 陳濤 時間：2015.05.267按鍵選擇表6 按鍵的選取待選元器件型號廠家元件參數(shù)方案評估結(jié)論防水按鍵12工作電壓: DC220V直徑:22m市場價格:510元/個優(yōu)點:1、觸點采用銅基復(fù)合點，通斷可靠。2、性能穩(wěn)定，1常

11、開1常閉節(jié)點。3、價錢低廉。采用制表: 張鍇 時間：2015.05.268裝置外形設(shè)計表7 裝置外觀的選取方案方案一方案二封閉箱體外觀設(shè)計圖方案優(yōu)點1.按照回路設(shè)計要求和所選擇的元件進行布局，將所有元件及信息直觀顯示在面板上。2.裝置外觀設(shè)計為箱式，成本低廉。1.按照設(shè)計要求和所選元件進行布局，將所有元件安裝在面板上。2.裝置外觀為箱式，箱門即為面板。3.箱體內(nèi)設(shè)置背板，將其余繼電器等元件裝在背板上，節(jié)約空間。4.將接線排設(shè)計在箱子背面，節(jié)約空間，又方便二次接線。5.裝置尺寸利于現(xiàn)場安裝方案缺點1。裝置高度過高，不利于現(xiàn)場安裝。2.各元件排列緊密，不利于內(nèi)部接線。是否選用不采用采用制表: 陳海

12、東 時間：2015.05.264最佳方案的確定及分解通過分析及評估，小組成員確定了實現(xiàn)目標的最佳方案，并對最佳方案進行分解，得到具體方案。圖5 確定最佳方案 制圖：陳濤 時間：2015.06.10四、制定對策表表8 最佳方案對策實施表最佳方案對策目標措施地點責任人員完成時間單片機式智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置繪制裝置工作原理圖為裝置的分合閘線圈保護功能、故障診斷功能提供原理支持。設(shè)計裝置工作原理圖辦公室高奇2015.6.25繪制印刷電路板圖制作智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置的印刷電路板1、設(shè)計裝置電源回路2、設(shè)計裝置控制部分3、顯示回路4、裝置硬件總圖創(chuàng)新實驗室逯洋趙小龍2015.6.2

13、8設(shè)計軟件實現(xiàn)分合閘線圈保護功能、故障診斷功能、單片機自檢功能、報文顯示功能、信號上傳功能1、設(shè)計軟件主流程圖2、設(shè)計單片機自檢運行規(guī)則3、設(shè)計保護邏輯4、設(shè)計故障診斷邏輯5、編寫軟件代碼創(chuàng)新實驗室李岳峰2015.6.29組裝調(diào)試（1） 符合相關(guān)規(guī)范要求，見注1。（2） 元件布局合理、運行穩(wěn)定、美觀大方。1、制作外殼2、按照設(shè)計正確牢靠安裝各元件3、正確接線并調(diào)試電氣公司高奇李岳峰2015.7.25功能試驗智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置正確動作率達到100% 1、檢查智能分合閘線圈保護出口正確率達到100%2、故障診斷裝置正確動作率是否達到100%創(chuàng)新實驗室陳海東侯雨辰2015.8.4 制表

14、: 劉濤只 時間：2015.06.19五、按對策表實施（一）對策實施一：設(shè)繪制裝置工作原理圖1計裝置工作原理圖單片機式智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置工作原理如圖9，主體為單片機控制的兩個帶復(fù)歸功能的中間繼電器T1、T2，作用為在分合閘回路故障時切斷分合閘回路，保護分合閘線圈。圖6 裝置硬件原理圖 制圖：高奇 時間：2015.6.202設(shè)計裝置電源回路 圖7 裝置電源回路 制圖人：趙小龍 時間：2015.6.203設(shè)計裝置控制信號回路 圖8 控制信號回路 制圖：王景波 時間：2015.6.224顯示回路圖9顯示回路 制圖：王景波 時間：2015.6.225裝置硬件總圖圖10 硬件總圖 制圖：陳

15、海東 時間2015.6.226印刷電路板圖11印刷電路板圖 制圖：高奇 時間：2014.6.257對策實施一檢查利用Protel軟件對電路回路進行仿真，結(jié)果表明該原理圖能符合實際，模擬控制回路過流狀態(tài)時，保護裝置能夠正確出口，動作燈、告警燈、動作邏輯正確，模擬控制回路斷線故障，故障診斷結(jié)果正確，并完成印刷電路板。（二）設(shè)計軟件1設(shè)計軟件主流程圖圖12 軟件流程圖 制圖：張鍇 時間：2015.06.272設(shè)計單片機自檢規(guī)則圖13 自檢規(guī)則流程圖 制圖：王景波 時間： 2015.6.283設(shè)計保護邏輯原理 4設(shè)計故障診斷邏輯原理5編寫軟件代碼圖14 軟件主程序部分截圖 制圖：李岳峰 時間：2015

16、.07.096對策實施二檢查軟件能夠在開發(fā)板上運行正常，自檢規(guī)則正確，不出現(xiàn)“跑死”情況，并滿足動作邏輯需求,故障區(qū)域診斷正確。(三)組裝調(diào)試1制作外殼智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置外殼采用鋁合金結(jié)構(gòu)，外形尺寸為：250*230*110(mm)，板材厚度為2.0mm.2對策實施三檢查將各個模塊合理安裝，功能齊全，牢固耐用，并且符合電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路結(jié)線施工及驗收規(guī)范（GB50171-92）中規(guī)定：裝置板材厚度不小于1.5mm。 （四）功能試驗1檢查智能分合閘線圈保護出口正確率達到100%表9 采樣校驗項目采樣量幅值（A）幅值（A）幅值（A）要求結(jié)論10°50°

17、;100°電流回路采樣分閘回路10°50°100°0.98I<Im<1.02I正確合閘回路10°50°100°正確項目采樣量+110（V）+30（V）-30（V）要求結(jié)論電壓回路采樣2電位+110+30-300.95U<Um<1.05U正確3電位+110+30-30正確5電位+110+30-30正確7電位+110+30-30正確37電位+110+30-30正確制表：陳濤 時間：2015.08.092檢查裝置故障診斷正確率達到100% 表10 故障診斷邏輯動作原理項目2不帶電3帶正電3帶負電5帶負電7帶

18、正電37帶正電37帶負電開關(guān)合位合閘動作動作節(jié)點顯示報文1-x-x*1保護合閘回路異常2-*-x*2開關(guān)合閘回路異常3*-x-*-2開關(guān)合閘回路異常4-*-*x4開關(guān)分閘回路異常5-*-*-5保護分閘回路異常制表：陳濤 時間：2015.08.09六、確認效果（一）現(xiàn)場使用檢查小組在得到批準后，利用8月20日常勝變36311#1電容器、36315#4電容器和8月21日鎮(zhèn)朔變316#7電容器停電檢修機會對裝置進行了現(xiàn)場的使用檢驗，以檢查裝置的實際效果，達到預(yù)期目標。（二）效益檢查1安全效益通過新裝置的應(yīng)用，提高了控制回路的安全性，消除了繞組燒毀的情況，減少了斷路器無法分合閘的時間，提高了保護的動作的可靠性，同時該裝置對環(huán)境沒有影響，不存在安全隱患。2經(jīng)濟效益故障診斷系統(tǒng)可以有效的區(qū)分控回斷線這個危急缺陷的故障范圍，原來需要兩個班組共同配合消除的缺陷，經(jīng)過因為定位后，只需要一個班組就能完