《研制智能分合闸线圈保护及故障诊断装置--国网宁夏电力公司石嘴山供电公司变电检修室变电二次运检二班QC小组.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《研制智能分合闸线圈保护及故障诊断装置--国网宁夏电力公司石嘴山供电公司变电检修室变电二次运检二班QC小组.pdf（22页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、研制智能分合闸线圈保护及故障诊断装置 国网宁夏电力公司石嘴山供电公司 变电检修室变电二次运检二班QC 小组 （一）小组概况： 小组名称 国网宁夏电力公司石嘴山供电公司变电检修室 变电二次运检二班QC小组 活动课题名称研制智能分合闸线圈保护及故障诊断装置 注册时间2015年 2 月 1 日课题类型创新型 活动次数18 次出勤率98% 小组成员情况 姓名性别学历职务组内分工 陈海东男研究生组长全面负责 陈涛男本科副组长设计方案 王学继男本科指导协调指导 张锴男研究生组员具体实施 高奇男研究生组员具体实施 张雷男本科组员具体实施 汤超男本科组员具体实施 侯雨辰男本科组员具体实施 李岳峰男本科组员具体
2、实施 刘涛只男研究生组员资料收集 王景波男本科组员资料收集 孙梦佳女本科组员资料收集 柳彬男本科组员资料整理 逯洋男本科组员资料收集 赵小龙男本科组员资料收集 小组获奖情况 2014 年， “新型非全相保护时间继电器装置”项目获得宁夏电力 行业 QC一等奖。 2014 年， “新型非全相保护时间继电器装置”项目获得石嘴山市 五小一等奖。 2015 年， “新型非全相保护时间继电器装置”项目获得国网公司 QC三等奖。 2015 年， “新型非全相保护时间继电器装置”项目获得全国电力 行业 QC二等奖。 2015 年， “智能分合闸线圈保护及故障诊断装置的研制”项目获 得宁夏电力行业QC一等奖。
3、2015 年， “智能分合闸线圈保护及故障诊断装置的研制”项目获 得石嘴山市五小一等奖。 2015 年， “智能分合闸线圈保护及故障诊断装置的研制”项目获 得国网宁夏电力公司五小一等奖。 （二）报告正文 一、选择课题 （一） .课题背景 国调中心第 2012303 号文件印发的变电站典型信息表 （试行） 规范中将“控制回路断线”信号归为第二级的“异常“类型，必须立即 处理。 宁夏电网地区调控机构集中监控缺陷管理规定（试行）第十 二条将控回断线归类为危急缺陷，根据该规程要求必须立即赶往现场 处理，处理时限不得超过24 小时。 但是由于故障可能发生在保护装置部分也可能发生在断路器本身 跳合闸回路上
4、，因此需要保护人员和检修人员共同赶到现场处理。然 而一般故障点只有一处，这就造成了人员的极大浪费，工作人员和车 辆需增加一倍，并且增加了隐患排查时间。 （二） .调查分析 石嘴山电网下辖56 座变电站，近1900 个断路器， 2014 年 1 月至 12 月石嘴山电网全年控回断线缺陷63 次，造成经济损失近24 万元. （三）课题确定 查新表明国内目前无断路器分合闸线圈保护及控回断线故障诊断 装置。研制一种装置，可以在断路器机构卡涩或控制回路异常时，保 护分合闸线圈不被烧毁，并且在控回断线时能够快速判断故障区域， 以减少消缺时间和所需的人力。 二、设定目标 （一）目标 研制一种保护装置能防止控
5、制回路中电流过大或电流持续时间过 长导致的分合闸线圈烧毁，以此降低设备损坏的可能；能够判定控制 回路故障区域，减少控回断线故障时，出勤的人数。具备告警和上送 故障信号的功能。 （二）目标值 保护动作电流、 动作时间的误差低于5% 的国网要求。 保护分合闸线 圈正确动作率达到100% ，将分合闸线圈烧毁的概率降低到0% ；控制回 路故障区域判定准确率达到100% ，减少 50% 以上的查找控回断线缺陷 所需的人力、物力。 （三）目标可行性分析 理论方面已存在单片机或ARM 自检算法、分合闸 回路保护理论成熟、控制回路断线判据方法经过 现场多年检验、有扎实的二次回路知识基础。 硬件方面对现有的AR
6、M 或者单片机开发板进行硬 件改造，应能达到要求。 QC小组的“新型非全相保护时间继电器装置的研 制”、“新型接地语音告警装置”、“保护校线 仪”等课题获得全国、国网公司及宁夏电力公司 QC一等奖等多项荣誉，技术力量雄厚。 市面上现有成熟的PLC 和单片机开发板，有专门 的印刷电路板厂家，班组库房内各种材料充足。 目 标 可 行 性 分 析 理论基础 材料选择 技术支撑 硬件条件 目 标 可 行 图 1 可行性分析图制图：陈海东时间： 2015.02.28 三、提出各种方案并确定最佳方案 （一）装置亲和图 智能分合闸线圈保护及 故障诊断装置的研制 基本功能 具有显示采样、整定值 当控制回路中电
7、流过大时 瞬时跳开控制回路 当控制回路一直带电时带 延时跳开控制回路 具备初步判别控回断线故 障区域的功能 附加功能 能够远方查看装置状态的功 能 有可以实现远方复归的功能 有可以储存多条报文的功能 有能进行够装置自检的功能 能够在装置异常时上报告警 信息 安全要求 动作后可以远方或就地复 归装置和信号 有避免防止误操作的功能 故障情况下可靠开端控制 回路 外壳有接地功能 故障诊断功能可以可靠判 断 研制要求 采用 PDCA 循环 精心选择最佳方案 能可靠应用于现场 积极申请专利 使用最高标准和质量的继电 器和节点保证不拒动不误动 使用要求 接线方便牢靠 体积适中，方便安装 结实不易破损 界面
8、简洁，符合操作习惯 拥有告警指示灯、动作指示 灯、动作指示灯 能够上传遥信信息 管理要求 使用 6s 管理方法，严格控制 设计、施工工艺保证产品的 安全可靠 研发和设计中合理使用头脑 风暴法，将丰富设备功能 正确使用统计和分析工具、 便于 6s 管理 图 2 装置研制亲和图制图：陈海东时间： 2015.03.01 （二） .提出方案 智能 分合 闸线 圈保 护及 故障 诊断 装置 的研 制 装置功能 通过信号继电器接入测控，实现信 号上传，调度监控。 能够显示装置动作报文、故障诊断 结果，记录动作电流大小，动作时 间，并且能记录 300 条报文。 如果单片机发生故障，或者看门口 程序失效，发出
9、报警信号，有告警 指示。 通过测量关键部位电位、以及开关 分合位开入来判别控回断线故障区 域，并显示故障区域。 保护功能 测量分合闸回路电流，过流及延时 来切断分合闸回路，电流、延时可 整定。 故障诊断 自检功能 报文显示 上传信号 智能芯片选择 电源形式选择 按键选择 指示灯选择 液晶显示器选择 电流采样模块选择 中间继电器选择 元器件选择 装置外观 装置外形设计 装置外观材料选择 方案第一级 第二级第三级第四级 图 3 方案分解制图：张锴时间 2015.3.1 （三）确定最佳方案 1 智能芯片选择 小组成员对智能分合闸线圈保护及故障诊断装置的智能芯片进行 讨论，主要有三个芯片：电流型时间继
10、电器、ARM 、单片机。 通过对以上三种方案的实验和分析，小组成员决定将方案三单片机 式智能分合闸线圈保护及故障诊断装置作为我们小组的实施方案。对 三种芯片分别进行50 次实验，主要对动作电流和动作时间进行了统 计，绘制了如图4： 图 4 单片机动作时间、动作电流频次图制图：陈涛时间 2015.05.25 通过计算，最终选择各项指标均达到要求的单片机作为芯片。 2 电源形式选择 表 1 电源的选取 电源形式优缺点分析结 论 交流 220V 优点： 1、取用简单。 缺点： 1、受现场约束。 无法串入控制保护回路中，且能造成交直流混用。 3、给单片机供电时， 需要整流、 降压等过程才能实现。 不
11、采 用 直流 110V 优点： 1、不存在交直流混用。 缺点： 1 、受现场约束，现有控制回路采用直流220V 作为控制电源，取 110V直流电源须增加线芯取地电位， 元器件损坏时易造成直流接地。 2、给单片机供电时，需要降压等过程才能实现。 不 采 用 直流 220V 优点： 1、不存在交直流混用。 2、控制回路本来用的就是直流220V，取用方便， 不受 现场情况约束。 缺点：1、给单片机供电时， 需要降压等过程才能实现。 采 用 制表: 汤超时间： 2015.05.26 3 中间继电器选择 表 2 中间继电器的选取 待选元器件 厂家型号 欧姆龙 EMI-SH-2110D 东芝 HF118F
12、-024-1ZS1 10A250V 元件参数 工作电压DC220V DC220V 节点数目2常开 2常闭节点2常开2常闭节点 动作时间25ms 以下25ms 以下 返回时间25ms 以下25ms 以下 触点切换 电压 250V 250V 周围环境 温度 -5570-50 70 电寿命100000次150000次 体积43*81*145mm 34.5*34.5*52mm 市场价格150200元/ 个2030元/ 个 方案评估 优点： 1、电气性能 良好，符合标准 2、2 常开 2 常闭节 点，满足设计要求。 优点：1、 电气性能良好， 符合标准 , 电寿命好 2、2 常开、2 常闭节点， 满足要
13、求。 缺点： 1、体积较大 2、市场价格较高 3、 外型透明，体积合适， 价钱低廉 结论不采用采用 制表: 汤超时间： 2015.05.26 4 电流采样模块选择 表 3 电流采样模块的选取 方案LZ812CV HCS-LTS-06A 待选元器件 方案优点 1. 采样线性度较好， 可 用于弱直流电流采集、 逆变电源及太阳能电 源。2. 小型化易于安 装。3. 功耗低。 1. 精度高，采样线性度较 好，符合要求。 2. 小型化 易于 PCB板安装。 3. 低功 耗、衰耗低。 4. 较强的电 流过载能力。 5. 安全性较 高。 方案缺点 精度较低，通常应用于 变频家电领域 是否选用不采用采用 制表
14、: 张 雷 时间： 2015.05.26 5 液晶显示器选择 表 4 液晶显示器的选择 . 方案LCD12864 彩色 TFT 待选元器件 方案优点 1. 汉子图形点阵液 晶显示，可显示所 有字符。 2. 背景颜 色为灰色或者蓝 色。 1、彩色显示，显示清晰。2. 带有完整的字库，所有字符 和图形均可以显示。 3 、经 试验无显示错误情况。4、亮 度高，功耗小，寿命长，耐 冲击，性能稳定。 方案缺点 不能彩色显示、图 形、标示符等。 是否选用不采用采用 制表: 陈海东时间： 2015.05.26 6 指示灯选择 表 5 指示灯的选取 待选元器 件 型号 厂家 元件参数方案评估结论 防水 指示
15、灯8 工作电 压:DC220V 直径:22mm 优点 : 1 、工作电压适合 2 、性能稳定 采用 市场价格 :510 元/ 个 3 、价钱低廉 制表: 陈涛时间： 2015.05.26 7 按键选择 表 6 按键的选取 待选元器件型号 厂家 元件参数方案评估结论 防水 按键 12 工作电压 : DC220V 直径:22m 市场价 格:510 元/ 个 优点 : 1、触点采用铜基复 合点，通断可靠。 2、性能稳定， 1 常 开 1 常闭节点。 3、价钱低廉。 采 用 制表: 张锴时间： 2015.05.26 8 装置外形设计 表 7 装置外观的选取 方案方案一方案二 封闭箱体 外观设计 图 2
16、50mm 110mm 210mm 国网宁夏电力公司石嘴山供电公司 液晶显示屏 上 复 归 确 定 返 回 下 运行 告警 动作 250mm 210mm 110mm 国网宁夏电力公司石嘴山供电公司 液晶显示屏 上 复 归 确 定 返 回 下 运行 告警 动作 方案优点 1. 按照回路设计要求 和所选择的元件进行 布局，将所有元件及信 息直观显示在面板上。 2. 装置外观设计为箱 式，成本低廉。 1. 按照设计要求和所选元件进行 布局，将所有元件安装在面板上。 2. 装置外观为箱式，箱门即为面 板。3. 箱体内设置背板，将其余 继电器等元件装在背板上，节约 空间。 4. 将接线排设计在箱子背 面，
17、节约空间，又方便二次接线。 5. 装置尺寸利于现场安装 方案缺点 1。装置高度过高，不 利于现场安装。 2. 各元 件排列紧密， 不利于内 部接线。 是否选用不采用采用 制表: 陈海东时间： 2015.05.26 4 最佳方案的确定及分解 通过分析及评估，小组成员确定了实现目标的最佳方案，并对最佳方案进行分解， 得到具体方案。 元元元元元 元元元元元元元元STM32103 元元元 12 元元元DC220V 元元元元元元HF118F-024 元元元元元元元HCS-LTS-06A 元元元元元元元元FTF 元元元元 8 图 5 确定最佳方案制图：陈涛时间： 2015.06.10 四、制定对策表 表
18、8 最佳方案对策实施表 最佳 方案 对策目标措施 地 点 责任 人员 完成 时间 单片 机式 智能 分合 闸线 圈保 护及 故障 诊断 装置 绘制 装置 工作 原理 图 为装置的分合闸 线圈保护功能、 故障诊断功能提 供原理支持。 设计装置工作原 理图 办 公 室 高奇 2015.6.25 绘制 印刷 电路 板图 制作智能分合闸 线圈保护及故障 诊断装置的印刷 电路板 1、设计装置电源 回路 2、设计装置控制 部分 3、显示回路 4、装置硬件总图 创 新 实 验 室 逯洋 赵小 龙 2015.6.28 设计 软件 实现分合闸线圈 保护功能、故障 诊断功能、单片 机自检功能、报 文显示功能、信
19、号上传功能 1、设计软件主流 程图 2、设计单片机自 检运行规则 3、设计保护逻辑 4、设计故障诊断 逻辑 创 新 实 验 室 李岳 峰 2015.6.29 5、编写软件代码 组装 调试 （1）符合相关 规范要求，见注 1。 （2）元件布局 合理、运行稳定、 美观大方。 1、制作外壳 2、按照设计正确 牢靠安装各元件 3、正确接线并调 试 电 气 公 司 高奇 李岳 峰 2015.7.25 功能 试验 智能分合闸线圈 保护及故障诊断 装置正确动作率 达到 100% 1、检查智能分合 闸线圈保护出口 正确率达到 100% 2、故障诊断装置 正确动作率是否 达到 100% 创 新 实 验 室 陈海
20、 东侯 雨辰 2015.8.4 制表: 刘涛只时间： 2015.06.19 五、按对策表实施 （一）对策实施一：设绘制装置工作原理图 1 计装置工作原理图 单片机式智能分合闸线圈保护及故障诊断装置工作原理如图9，主 体为单片机控制的两个带复归功能的中间继电器T1、T2，作用为在分 合闸回路故障时切断分合闸回路，保护分合闸线圈。 开关机构 分合闸线圈保护器 保护装置 单片机 检测5对地电压 检测7对地电压 检测2对地电压 单片机 检测37对地电压 检测3对地电压 单片机输出节点 节点 节点 节点 节点 节点 单片机电源单片机电源 +110-110 低电压继电器检测直流电压 单片机 、远方复归开入
21、 -110 采集电流 节点 开关位置开入 图 6 装置硬件原理图制图：高奇时间： 2015.6.20 2 设计装置电源回路 图 7 装置电源回路制图人：赵小龙时间： 2015.6.20 3 设计装置控制信号回路 图 8 控制信号回路制图：王景波时间： 2015.6.22 4 显示回路 图 9 显示回路制图：王景波时间： 2015.6.22 5 装置硬件总图 图 10 硬件总图制图：陈海东时间 2015.6.22 6 印刷电路板 图 11 印刷电路板图制图：高奇时间： 2014.6.25 7 对策实施一检查 利用 Protel软件对电路回路进行仿真，结果表明该原理图能符合 实际，模拟控制回路过流
22、状态时，保护装置能够正确出口，动作灯、 告警灯、 动作逻辑正确， 模拟控制回路断线故障，故障诊断结果正确， 并完成印刷电路板。 （二）设计软件 1 设计软件主流程图 开始 单片机是否正 常运行 是 否 显示保护定值，采 样电流 故障告警装置 Alarm灯亮 故障诊断程序保护程序 是否满足动作 条件 是否满足判定 条件 否 是 液晶显示器初始化 保护动作进行故障区域判别 图 12 软件流程图制图：张锴时间： 2015.06.27 2 设计单片机自检规则 元 元 元 元 CPU元 元 元 元 RAM元 元 元 元 RAM元 元 元 元 元 元 元 元 元 元 元 元 元 元 图 13 自检规则流程
23、图制图：王景波时间： 2015.6.28 3 设计保护逻辑原理 元 元 元 元 元 元 元 元 1 元 元 元 元 元 元 元 元 2 t10 =1元 元 元 元 元 元 元 元 元 元 元 元 元 元 元 1 元 元 元 元 元 元 元 元 2 t20 =1元 元 元 元 元 元 元 4 设计故障诊断逻辑原理 =1开关分闸回路异常 TWJ=0 节点 3电压0 300ms0 节点 37电压0 =1保护分闸回路异常 TWJ=0 保护跳闸动作 300ms0 5 编写软件代码 图 14 软件主程序部分截图制图：李岳峰时间： 2015.07.09 节点 7 电压0 =1保护合闸回路异常 TWJ=1 重
24、合闸动作 300ms0 节点37 电压0 =1分闸回路继电器异常 TWJ=0 节点3=1保护合闸回路异常 TWJ=1 重合闸动作 300ms0 6 对策实施二检查 软件能够在开发板上运行正常，自检规则正确，不出现“跑死”情 况，并满足动作逻辑需求, 故障区域诊断正确。 (三)组装调试 1 制作外壳 智能分合闸线圈保护及故障诊断装置外壳采用铝合金结构，外形尺 寸为： 250*230*110(mm)，板材厚度为2.0mm. 2 对策实施三检查 将各个模块合理安装，功能齐全，牢固耐用，并且符合电气装置 安装工程盘、 柜及二次回路结线施工及验收规范（GB50171-92）中规 定：装置板材厚度不小于1
25、.5mm 。 （四）功能试验 1 检查智能分合闸线圈保护出口正确率达到100% 表 9 采样校验 项目采样量 幅值（A） 幅值（ A） 幅值（ A） 要求结论 1050100 电流回 路采样 分闸回 路 10501000.98I Im1 .02I 正确 合闸回 路 1050100正确 项目采样量+110 （V） +30（V）-30（V）要求结论 电压回 路采样 2电位+110 +30 -30 0.95U Um1 正确 3电位+110 +30 -30 正确 5电位+110 +30 -30 .05U 正确 7电位+110 +30 -30 正确 37电位+110 +30 -30 正确 制表：陈涛时间
26、： 2015.08.09 2 检查装置故障诊断正确率达到100% 表 10 故障诊断逻辑动作原理 项 目 2不 带 电 3带 正 电 3带 负电 5带 负 电 7带 正 电 37 带 正 电 37 带 负 电 开 关 合 位 合 闸 动 作 动 作 节 点 显示报 文 1 - - - - x - - x * 1 保护合 闸回路 异常 2 - - - - * - - x * 2 开关合 闸回路 异常 3 * - - x - - - * - 2 开关合 闸回路 异常 4 - - - - - * - * x 4 开关分 闸回路 异常 5 - - * - - - * - 5 保护分 闸回路 异常 制表
27、：陈涛时间： 2015.08.09 六、确认效果 （一）现场使用检查 小组在得到批准后，利用8 月 20 日常胜变36311#1 电容器、 36315#4电容器和 8 月 21 日镇朔变 316#7 电容器停电检修机会对装置 进行了现场的使用检验，以检查装置的实际效果，达到预期目标。 （二）效益检查 1 安全效益 通过新装置的应用，提高了控制回路的安全性，消除了绕组烧毁的 情况，减少了断路器无法分合闸的时间，提高了保护的动作的可靠性， 同时该装置对环境没有影响，不存在安全隐患。 2 经济效益 故障诊断系统可以有效的区分控回断线这个危急缺陷的故障范围， 原来需要两个班组共同配合消除的缺陷，经过因
28、为定位后，只需要一 个班组就能完成消缺，并且缩小了故障排查范围，减少了消缺时间。 七、标准化 （一）编制使用说明书、作业指导书、施工“三措” （二）标准化推广 1 推广使用 8 月 20 日-9 月 10 日先后在隆湖变323 隆纺线、镇南变 511#1电容、 镇南变 101西镇线安装使用，并测试100 次保护动作 2 数据分析 通过以上三次现场实验，记录了智能费合闸线圈及故障诊断装置的 动作电流、动作时间及动作正确率。并针对上述三个目标值进行了分 析，其图表数下： 图 15 动作时间、电流直方图制 图：张锴时间： 2015.08.30 如图所示，三次现场实验的保护动作时间皆整定为500ms
29、，三次的 保护动作时间均值分别为502ms,503ms和 503ms ，且所有保护动作皆 处于 480 至 520 之间，满足国网要求低于5% 误差的条件。 八、总结与今后打算 （一）总结 智能分合闸线圈保护及故障诊断装置保护动作电流、动作时间的误 差低于 5% 的国网要求。 保护分合闸线圈正确动作率达到100% ，将分合 闸线圈烧毁的概率降低到0% ；控制回路故障区域判定准确率达到 100% ，减少了 50% 以上的消除控回断线缺陷所需的人力、物力。 （2）今后打算 表 11 直流接地查找时间统计 项目 园 林 陶 乐 镇 朔 步 桥 常 胜 崇 岗 太 沙 平 罗 平均 时间 直流接地查找时 间（小时） 3.5 1.5 2.0 2.8 1.5 2.5 3.4 1.0 2.1 制表：高奇时间： 2015.10.2 针对以上问题，接下来我们将以缩短直流接地查找时间为课题 继续开展 QC全面质量管理活动。