研制智能分合閘線圈保護(hù)及故障診斷裝置--國(guó)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(yùn)檢二班QC小組

1、研制智能分合閘線圈保護(hù)及故障診斷裝置國(guó)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(yùn)檢二班QC小組（一） 小組概況：小組名稱國(guó)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(yùn)檢二班QC小組活動(dòng)課題名稱研制智能分合閘線圈保護(hù)及故障診斷裝置注冊(cè)時(shí)間2015年2月1日課題類型創(chuàng)新型活動(dòng)次數(shù)18 次出勤率98%小組成員情況姓名性別學(xué)歷職務(wù)組內(nèi)分工陳海東男研究生組長(zhǎng)全面負(fù)責(zé)陳 濤男本 科副組長(zhǎng)設(shè)計(jì)方案王學(xué)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(shí)施高 奇男研究生組員具體實(shí)施張 雷男本 科組員具體實(shí)施湯 超男本 科組員具體實(shí)施侯雨辰男本 科組員具體實(shí)施李岳峰男本 科組員具體實(shí)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(mèng)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(jiǎng)情況2014年，“新型非全相保護(hù)時(shí)間繼電器裝置”項(xiàng)目獲得寧夏電力行業(yè)QC一等獎(jiǎng)。2014年，“新型非全相保護(hù)時(shí)間繼電器裝置”項(xiàng)目獲得石嘴山市五小一等獎(jiǎng)。2015年，“新型非全相保護(hù)時(shí)間繼電器裝置”項(xiàng)目獲得國(guó)網(wǎng)公司QC三等獎(jiǎng)。2015年，“新型非全相保護(hù)時(shí)間繼電器裝置”項(xiàng)目獲得全國(guó)電力行業(yè)QC二等獎(jiǎng)。2015年，“智能分合閘線圈保護(hù)及故障診斷裝置的研制”項(xiàng)目獲得寧夏電力行業(yè)QC一等獎(jiǎng)。2015年，“智能分合閘線圈保護(hù)及故障診斷裝置的研制”項(xiàng)目獲得石嘴山市五

3、小一等獎(jiǎng)。2015年，“智能分合閘線圈保護(hù)及故障診斷裝置的研制”項(xiàng)目獲得國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司五小一等獎(jiǎng)。（二）報(bào)告正文1、 選擇課題（一）.課題背景國(guó)調(diào)中心第2012303號(hào)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(hào)歸為第二級(jí)的"異常"類型，必須立即處理。寧夏電網(wǎng)地區(qū)調(diào)控機(jī)構(gòu)集中監(jiān)控缺陷管理規(guī)定（試行）第十二條將控回?cái)嗑€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(chǎng)處理，處理時(shí)限不得超過(guò)24小時(shí)。但是由于故障可能發(fā)生在保護(hù)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(hù)人員和檢修人員共同趕到現(xiàn)場(chǎng)處理。然而一般故障點(diǎn)只有一處，這就造成了人員的極大浪費(fèi)

4、，工作人員和車輛需增加一倍，并且增加了隱患排查時(shí)間。（二）.調(diào)查分析石嘴山電網(wǎng)下轄56座變電站，近1900個(gè)斷路器，2014年1月至12月石嘴山電網(wǎng)全年控回?cái)嗑€缺陷63次，造成經(jīng)濟(jì)損失近24萬(wàn)元.（三）課題確定查新表明國(guó)內(nèi)目前無(wú)斷路器分合閘線圈保護(hù)及控回?cái)嗑€故障診斷裝置。研制一種裝置，可以在斷路器機(jī)構(gòu)卡澀或控制回路異常時(shí)，保護(hù)分合閘線圈不被燒毀，并且在控回?cái)嗑€時(shí)能夠快速判斷故障區(qū)域，以減少消缺時(shí)間和所需的人力。二、設(shè)定目標(biāo)（一）目標(biāo)研制一種保護(hù)裝置能防止控制回路中電流過(guò)大或電流持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)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?cái)嗑€故障時(shí)，出勤的人數(shù)。具

5、備告警和上送故障信號(hào)的功能。（二）目標(biāo)值保護(hù)動(dòng)作電流、動(dòng)作時(shí)間的誤差低于5%的國(guó)網(wǎng)要求。保護(hù)分合閘線圈正確動(dòng)作率達(dá)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(zhǔn)確率達(dá)到100%，減少50%以上的查找控回?cái)嗑€缺陷所需的人力、物力。（三）目標(biāo)可行性分析圖1可行性分析圖 制圖：陳海東 時(shí)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(shí)間：2015.03.01（二）.提出方案圖3 方案分解 制圖：張鍇 時(shí)間2015.3.1（三）確定最佳方案1智能芯片選擇小組成員對(duì)智能分合閘線圈保護(hù)及故障診斷裝置的智能芯片進(jìn)行討論，主要有三

6、個(gè)芯片：電流型時(shí)間繼電器、ARM、單片機(jī)。通過(guò)對(duì)以上三種方案的實(shí)驗(yàn)和分析，小組成員決定將方案三單片機(jī)式智能分合閘線圈保護(hù)及故障診斷裝置作為我們小組的實(shí)施方案。對(duì)三種芯片分別進(jìn)行50次實(shí)驗(yàn)，主要對(duì)動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，繪制了如圖4：圖4 單片機(jī)動(dòng)作時(shí)間、動(dòng)作電流頻次圖 制圖：陳濤 時(shí)間2015.05.25通過(guò)計(jì)算，最終選擇各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到要求的單片機(jī)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(diǎn)分析結(jié)論交流220V 優(yōu)點(diǎn)：1、取用簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：1、受現(xiàn)場(chǎng)約束。無(wú)法串入控制保護(hù)回路中，且能造成交直流混用。3、給單片機(jī)供電時(shí)，需要整流、降壓等過(guò)程才能實(shí)現(xiàn)。不采用直流110V優(yōu)點(diǎn)：1、不存

7、在交直流混用。缺點(diǎn)： 1、受現(xiàn)場(chǎng)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(shí)易造成直流接地。2、給單片機(jī)供電時(shí)，需要降壓等過(guò)程才能實(shí)現(xiàn)。不采用直流220V優(yōu)點(diǎn)：1、不存在交直流混用。2、控制回路本來(lái)用的就是直流220V，取用方便，不受現(xiàn)場(chǎng)情況約束。缺點(diǎn)：1、給單片機(jī)供電時(shí)，需要降壓等過(guò)程才能實(shí)現(xiàn)。采 用制表: 湯 超 時(shí)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(hào)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(diǎn)數(shù)目2常開(kāi)2常閉節(jié)點(diǎn)2

8、常開(kāi)2常閉節(jié)點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間25ms以下25ms以下返回時(shí)間25ms以下25ms以下觸點(diǎn)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(chǎng)價(jià)格150200元/個(gè)2030元/個(gè)方案評(píng)估優(yōu)點(diǎn)：1、電氣性能良好，符合標(biāo)準(zhǔn) 2、2常開(kāi)2常閉節(jié)點(diǎn)，滿足設(shè)計(jì)要求。 缺點(diǎn)：1、體積較大2、市場(chǎng)價(jià)格較高 優(yōu)點(diǎn)：1、電氣性能良好，符合標(biāo)準(zhǔn),電壽命好 2、2常開(kāi)、2常閉節(jié)點(diǎn)，滿足要求。 3、外型透明，體積合適，價(jià)錢低廉結(jié)論不采用采 用制表: 湯 超 時(shí)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(diǎn)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(yáng)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(qiáng)的電流過(guò)載能力。5.安全性較高。方案缺點(diǎn)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(shí)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(diǎn)1.漢子圖形點(diǎn)陣液晶顯示，可顯示所有字符。2.背景顏色為灰色或者藍(lán)色。1、彩色顯示，顯示清晰。2.帶有完整的字庫(kù)，所有字符和圖形均可以顯示。

10、 3、經(jīng)試驗(yàn)無(wú)顯示錯(cuò)誤情況。4、亮度高，功耗小，壽命長(zhǎng)，耐沖擊，性能穩(wěn)定。方案缺點(diǎn)不能彩色顯示、圖形、標(biāo)示符等。是否選用不采用采用制表: 陳海東 時(shí)間：2015.05.266指示燈選擇表5 指示燈的選取待選元器件型號(hào)廠家 元件參數(shù)方案評(píng)估結(jié)論防水指示燈8工作電壓:DC220V直徑:22mm市場(chǎng)價(jià)格:510元/個(gè)優(yōu)點(diǎn): 1、工作電壓適合 2、性能穩(wěn)定 3、價(jià)錢低廉采用制表: 陳濤 時(shí)間：2015.05.267按鍵選擇表6 按鍵的選取待選元器件型號(hào)廠家元件參數(shù)方案評(píng)估結(jié)論防水按鍵12工作電壓: DC220V直徑:22m市場(chǎng)價(jià)格:510元/個(gè)優(yōu)點(diǎn):1、觸點(diǎn)采用銅基復(fù)合點(diǎn)，通斷可靠。2、性能穩(wěn)定，1常

11、開(kāi)1常閉節(jié)點(diǎn)。3、價(jià)錢低廉。采用制表: 張鍇 時(shí)間：2015.05.268裝置外形設(shè)計(jì)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(jì)圖方案優(yōu)點(diǎn)1.按照回路設(shè)計(jì)要求和所選擇的元件進(jìn)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(jì)為箱式，成本低廉。1.按照設(shè)計(jì)要求和所選元件進(jìn)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(jì)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(chǎng)安裝方案缺點(diǎn)1。裝置高度過(guò)高，不利于現(xiàn)場(chǎng)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(shí)間：2015.05.264最佳方案的確定及分解通過(guò)分析及評(píng)估，小組成員確定了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的最佳方案，并對(duì)最佳方案進(jìn)行分解，得到具體方案。圖5 確定最佳方案 制圖：陳濤 時(shí)間：2015.06.10四、制定對(duì)策表表8 最佳方案對(duì)策實(shí)施表最佳方案對(duì)策目標(biāo)措施地點(diǎn)責(zé)任人員完成時(shí)間單片機(jī)式智能分合閘線圈保護(hù)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(hù)功能、故障診斷功能提供原理支持。設(shè)計(jì)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(hù)及故障診斷裝置的印刷電路板1、設(shè)計(jì)裝置電源回路2、設(shè)計(jì)裝置控制部分3、顯示回路4、裝置硬件總圖創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室逯洋趙小龍2015.6.2

13、8設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)分合閘線圈保護(hù)功能、故障診斷功能、單片機(jī)自檢功能、報(bào)文顯示功能、信號(hào)上傳功能1、設(shè)計(jì)軟件主流程圖2、設(shè)計(jì)單片機(jī)自檢運(yùn)行規(guī)則3、設(shè)計(jì)保護(hù)邏輯4、設(shè)計(jì)故障診斷邏輯5、編寫(xiě)軟件代碼創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室李岳峰2015.6.29組裝調(diào)試（1） 符合相關(guān)規(guī)范要求，見(jiàn)注1。（2） 元件布局合理、運(yùn)行穩(wěn)定、美觀大方。1、制作外殼2、按照設(shè)計(jì)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(yàn)智能分合閘線圈保護(hù)及故障診斷裝置正確動(dòng)作率達(dá)到100% 1、檢查智能分合閘線圈保護(hù)出口正確率達(dá)到100%2、故障診斷裝置正確動(dòng)作率是否達(dá)到100%創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室陳海東侯雨辰2015.8.4 制表

14、: 劉濤只 時(shí)間：2015.06.19五、按對(duì)策表實(shí)施（一）對(duì)策實(shí)施一：設(shè)繪制裝置工作原理圖1計(jì)裝置工作原理圖單片機(jī)式智能分合閘線圈保護(hù)及故障診斷裝置工作原理如圖9，主體為單片機(jī)控制的兩個(gè)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(shí)切斷分合閘回路，保護(hù)分合閘線圈。圖6 裝置硬件原理圖 制圖：高奇 時(shí)間：2015.6.202設(shè)計(jì)裝置電源回路 圖7 裝置電源回路 制圖人：趙小龍 時(shí)間：2015.6.203設(shè)計(jì)裝置控制信號(hào)回路 圖8 控制信號(hào)回路 制圖：王景波 時(shí)間：2015.6.224顯示回路圖9顯示回路 制圖：王景波 時(shí)間：2015.6.225裝置硬件總圖圖10 硬件總圖 制圖：陳

15、海東 時(shí)間2015.6.226印刷電路板圖11印刷電路板圖 制圖：高奇 時(shí)間：2014.6.257對(duì)策實(shí)施一檢查利用Protel軟件對(duì)電路回路進(jìn)行仿真，結(jié)果表明該原理圖能符合實(shí)際，模擬控制回路過(guò)流狀態(tài)時(shí)，保護(hù)裝置能夠正確出口，動(dòng)作燈、告警燈、動(dòng)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(jì)軟件1設(shè)計(jì)軟件主流程圖圖12 軟件流程圖 制圖：張鍇 時(shí)間：2015.06.272設(shè)計(jì)單片機(jī)自檢規(guī)則圖13 自檢規(guī)則流程圖 制圖：王景波 時(shí)間： 2015.6.283設(shè)計(jì)保護(hù)邏輯原理 4設(shè)計(jì)故障診斷邏輯原理5編寫(xiě)軟件代碼圖14 軟件主程序部分截圖 制圖：李岳峰 時(shí)間：2015

16、.07.096對(duì)策實(shí)施二檢查軟件能夠在開(kāi)發(fā)板上運(yùn)行正常，自檢規(guī)則正確，不出現(xiàn)“跑死”情況，并滿足動(dòng)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(hù)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(duì)策實(shí)施三檢查將各個(gè)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(yàn)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(yàn)1檢查智能分合閘線圈保護(hù)出口正確率達(dá)到100%表9 采樣校驗(yàn)項(xiàng)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(xiàng)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(shí)間：2015.08.092檢查裝置故障診斷正確率達(dá)到100% 表10 故障診斷邏輯動(dòng)作原理項(xiàng)目2不帶電3帶正電3帶負(fù)電5帶負(fù)電7帶

18、正電37帶正電37帶負(fù)電開(kāi)關(guān)合位合閘動(dòng)作動(dòng)作節(jié)點(diǎn)顯示報(bào)文1-x-x*1保護(hù)合閘回路異常2-*-x*2開(kāi)關(guān)合閘回路異常3*-x-*-2開(kāi)關(guān)合閘回路異常4-*-*x4開(kāi)關(guān)分閘回路異常5-*-*-5保護(hù)分閘回路異常制表：陳濤 時(shí)間：2015.08.09六、確認(rèn)效果（一）現(xiàn)場(chǎng)使用檢查小組在得到批準(zhǔn)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(jī)會(huì)對(duì)裝置進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)的使用檢驗(yàn)，以檢查裝置的實(shí)際效果，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。（二）效益檢查1安全效益通過(guò)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(wú)法分合閘的時(shí)間，提高了保護(hù)的動(dòng)作的可靠性，同時(shí)該裝置對(duì)環(huán)境沒(méi)有影響，不存在安全隱患。2經(jīng)濟(jì)效益故障診斷系統(tǒng)可以有效的區(qū)分控回?cái)嗑€這個(gè)危急缺陷的故障范圍，原來(lái)需要兩個(gè)班組共同配合消除的缺陷，經(jīng)過(guò)因?yàn)槎ㄎ缓?，只需要一個(gè)班組就能完