高压开关温度(凝露)控制器校验箱的研制

1、高压开关温度（凝露）控制器校验箱的研制威海供电公司变电检修工区海精灵QC小组 2010年05月高压开关温度（凝露）控制器校验箱的研制 山东电力集团公司威海供电公司 变电检修工区海精灵QC小组名词解释：温度（凝露）控制器：对被测环境的温度、湿度进行实时监控，当环境温度达到设定值时，装置接点接通，接通加热器或降温器，环境温度指标符合工作要求，并可以有效地防止凝露产生。一般有升温型和降温型。我公司断路器使用降温型，即温度达到5时，自动接通加热器，温度升至10时，自动切除加热器。机构类型：高压开关设备操动机构的形式。一般有液压、弹簧、液压弹簧、气动、电磁机构。液压、气动机构功率较大，一般使用于220k

2、V及以上电压等级断路器。一、小组概况小组名称海精灵QC小组成立日期1995.09.10发布人孙源文孔亮活动出勤率100%注册号WD/CX-003-2009类型创新型组长冯部平均年龄33活动时间2008/09-2009/08小组成员姓 名性别年龄文化程度职务及职称小组职务组内分工冯部男37大专一次专工组长组织协调方案策划宋飞飞男30大专开关班班长组员组织实施李平男47高中开关班副班长组员跟踪验收孙源文男28大本开关班技术员组员现场验证资料整理高强男35大专开关班作业组员具体实施王新威男44高中开关班主责组员具体实施苗延光女44高中开关班作业组员具体实施陶方杰男27大专开关班作业组员具体实施王涛男

3、26大专开关班作业组员具体实施孔亮男24大专开关班作业组员具体实施冯飞男24大本开关班作业组员具体实施（制表：孙源文 时间：2008年9月2日）小组历年获奖情况 2004年课题电磁机构检修台的研制获得山东电力集团公司、山东省、全国优秀QC成果；2005年课题降低夹板式弹簧机构储能系统故障率获得山东电力集团公司、山东省、全国优秀QC成果2006年课题安全带悬挂器的研制获得山东电力集团公司、山东省和全国优秀QC成果。优秀2007年课题GN2-35型隔离开关传动拉杆安装装置的研制获得山东电力集团公司、山东省优秀QC成果。2008年GN2-35型隔离开关传动拉杆安装装置的研制获得山东电力集团公司、山东

4、省优秀QC成果。2009年（Unigear）ZS3.2型开关柜母线接地装置的研制获得山东电力集团公司优秀QC成果。二、活动简介阶段活动内容活动时间P进行现状调查，选择活动课题2008.9活动目标设定及可行性分析2008.10提出各种方案，确定最佳方案2008.11制定对策2008.12D对策实施2008.12-2009.1C效果检查2009.2-2009.3A标准化2009.4-2009.6总结和下一步打算2009.7（制表人：宋飞飞 制表时间：2008年9月10日） 三、选定课题（一）问题的提出 高压开关是指额定电压在3kV及以上能关合、承载和开断运行回路正常电流，也能在规定时间内关合、承载

5、和开断规定的过载电流（包括短路电流）的开关设备。高压开关与继电保护及自动装置相配合，快速切除故障电流，缩小事故范围，以保证电力系统的正常运行。高压开关是否具有优良的性能，直接影响到电力系统的稳定和安全运行。为保证高压开关的机构具有良好性能，一般在机构箱内装设加热器。35kV、10 kV高压断路器一般采用弹簧或电磁机构，加热器通过空气开关控制，正常时全年投运。而220kV、110 kV断路器由于分合闸功率比较大，一般采用液压、液压弹簧、气动机构。加热器串入温度控制器控制回路，夏季温度较高时不启动加热器，当季节变化温度低于5时，温度控制器启动加热器，当温度高于10时，自动切除加热器。冬季特训卡断路

6、器温控器、加热器检查威海供电公司企业标准变电站现场运行规程（Q/315-206.03-2003）中明确规定“断路器的正常巡视检查项目“温度低于5以下时，应检查加热器及温度控制器运行正常。SIMENS开关的加热器正常时候应投入”。国家电网公司十八项电网重大反事故措施对液压机构应注意液压油油质的变化，防止压缩空气中的凝结水或液压油中的水份使控制阀体生锈，造成拒动。在冬季或低温季节前，对气动机构应及时投入加热设备 ，防止压缩空气回路结冰造成拒动。 虽然十八项反措、变电站现场运行规程和特训卡上清楚写明要对断路器的温度控制器进行检查，但特训和日常检查时，气温往往高于5，此时正常温控器正常状态为不启动，故

7、障温控器的状态也为不启动，无法判断温控器的正常与否。当气温降至0以下时，机构由于无加热器提供热量，由于热交换作用下，也必然与大气温度一致。此时，液压机构内的少量油中含水将可能由液态变为固态。当少量的固态水存在于液压机构一、二级合、分闸阀、气动机构的管路、阀体时，可能造成断路器的拒动。而气温的骤降往往伴随着大风、降雪等不利于线路运行的气象现象。一旦线路发生故障，虽然保护装置正确判断，下达给断路器跳闸命令，但由于固态水的存在，断路器将拒动，从而将故障扩大。而我公司与省网连接的桃车I、II线、宁戚线；与华能威海发电厂连接的威凤I、II、威车、威荣线的断路器均为液压（弹簧）机构，在气温为0以下，机构加

8、热器不投入时，均有可能拒动，严重时可导致电网解列、系统瓦解、发电机变为电动机，从而造成严重事故。而温控器启动周期间隔跨越春天、夏天、秋天三个季节，在将近10个月不启动的情况下，冬季的温控器状态难以保证。而且国网公司事故通报中报道过由于温控器不正确启动，造成断路器微水结冰卡涩机构，造成断路器拒动，而造成电网大面积停电的事故。威海地区秋冬季气温变化同样可能造成类似事故发生。目前我公司主要采取在气温首次降至5以下时，由运行人员对所有温度控制器进行检查，对于不启动的温控器通知检修人员到现场更换。由于机构采取了密封措施，经常发生检修人员到达现场检查后发现温控器不启动的原因是机构箱与外界热交换未完成的情况

9、，机构箱内温度仍高于外界气温所致，并非温控器故障，造成了大量人力、物力的浪费。因此我们将解决温控器的校验问题作为本次活动的课题。（二）历史统计 我们对公司所属110kV及以上高压开关配备温控器的状况进行了统计:威海供电公司110kV、 220kV高压开关温控器统计表站名110kV220kV合计荣成站242145车道站182139凤林站02424涝台站01515石岛站271340文登站301848戚家站02727徐家站909九里站15015合计123139262（制表人：孙源文 制表时间：2008年9月19日）由统计表可以看出公司110kV、220kV高压开关温控器的数量分别为123和139，总

10、数达到262个。我们还对2008年冬季气温初次降至5以下后，温度控制器的启动情况进行了统计。2008年冬季气温初次降至5以下温度控制器的启动情况统计表站名温度控制器总数正常启动数量百分比荣成站454191.1%车道站393589.7%凤林站242291.7%涝台站1515100%石岛站4040100%文登站4848100%戚家站272696.3%徐家站99100%九里站1515100%合计26225195.6%（制表人：孙源文 制表时间：2008年9月20日）（三）确定课题经过查阅国内外资料和总结现场运行、检修经验，解决冬季气温初次降至5以下后加热器的正确启动问题主要有四种方式。加热器的正确启

11、动 秋季对所有温度控制器进行更换 取消温度控制器研制开关温度控制器校验箱 变电站设置大气5报警装置（绘图：李平 时间：2008年9月27日）对以上课题分析如下：1、在秋季气温降至10左右时对变电站的所有温度控制器进行更换可以保证温度控制器在气温初次降至5时正确启动，但需要准备的备品备件数目至少为262个，数量庞大，需要资金数万元，造成巨大浪费。2、变电站设置5报警装置，需要研制专门的装置，将信号传递给运行人员，而气温骤降往往是在夜间，检修人员人力有限，不可能在短时间内赶赴所有的变电站对不启动的温度控制器进行更换，而且报警装置的传感器也是温度控制器，自身的正确启动与否也难以保证。3、取消温度控制

12、器，将加热器长期投入可以保证机构内部不出现固态水，但长期投入加热器对液压机构的油质会造成影响，不利于安全运行。而且加热器的长期投入，高温会对液压机构和气动机构的密封件加速老化，在几百个大气压的高压油、气长期作用下，很容易发生机构的泄压，正是因为这些原因目前高压断路器的加热器一般是经过温控器控制启动与退出的。4、研制开关温度控制器校验箱，可以在秋季气温在10左右时在不停电的前提下对变电站的所有温度控制器进行校验，对不合格的进行更换，保证气温初次降至5时正确启动，需要的人员与资金均较少，较容易实现。经过以上分析论证,我们决定确定本次活动的课题：研 制 高 压 开 关 温 度（凝 露） 控 制 器

13、校 验 箱四、设定目标(一)目标设定研制专用的开关温度控制器校验箱，杜绝冬季气温首次降至5以下时高压开关温度控制器的误动作。（绘图：高强 时间：2008年10月11日）（二）可行性分析: 1、安全事故无侥幸，安全生产要求必须保证设备无隐患运行。 2、温度控制器校验不需要将设备停电，只需暂时断开加热器回路，将温度控制器取下，校验合格后装复后即可，过程简单。目前在气温低时对不启动的温控器到现场更换，可以达到更换后100%正常运行，而通过研制装置可完全模拟现场气温降低过程，现场更换后的100%正常运行实例,同样可以保证使用校验装置校验后的温控器100%准确启动运行。 3、小组在2004年、2006年

14、、2007、2008年曾分别研制出电磁机构检修台、安全带悬挂器、GN2-35型隔离开关拉杆安全装置、（Unigear）ZS3.2型开关柜母线接地装置，应用于现场，收到良好效果。因此小组成员具有充分、成熟的工器具研制的经验。 4、小组成员中有金蓝领技师、高级操作技能人才一名，高级工数名。另外，具有大专以上学历的成员占到了80%，具有良好的理论基础和长期的现场经验。 5、小组连续多年获得集团公司、省、全国优秀QC小组称号，熟练的掌握了QC的活动方法。 通过以上分析，我们认为目标一定能实现！五、提出各种方案并确定最佳方案 (一)方案提出:小组成员查阅了大量专业书籍并上网查阅了大量资料，认为研制开关温

15、度控制器校验装置主要有以下两个途径通过改造冰箱等制冷装置自主设计制作开关温度控制器校验装置1、通过改造冰箱等制冷装置 利用市场上买的小型冰箱，在冰箱上钻眼安装温度计，可以很好的模拟冬季降温过程，但研制出的校验箱需要在几个地理距离较远的变电站间运输使用，小型冰箱改造出的校验箱不能适应现场恶劣运输条件和使用条件要求，故障率会较高，不适用，而且价格较高。2、自主设计研发校验箱 校验装置的主要功能是模拟降温过程，班组技术水平可以达到制作工艺要求，需要材料较少，制作成本较低，而且，班组可根据现场使用和运输条件针对性的采取保护措施，保证校验箱能适用于现场环境。课题分析、评估及选定表序号课题评估是否选定评估

16、内容内容分析评价1改造冰箱实用性不适用频繁搬运差不选经济性需要资金较多（2000元）差安全性厂家未按变电站使用设计，运输时，容易造成损坏差预期效果可准确校验温控器好2自主设计制作实用性适用多场地频繁搬运好选定经济性需要资金较少（300元）好安全性自主设计保护层，运输时不容易损坏好预期效果可准确校验温控器好 （制表：王新威 2008年11月2日）（二）方案的分解及可行性分析：方案I级分解制冷部分方案分析：温度控制器校验装置利用氟利昂循环制冷利用瓶装液态气体汽化吸热原理制冷利用干冰升华吸热原理制冷半导体制冷片制冷制冷部分1、利用氟利昂制冷 氟利昂为温室气体，而且还需要购买压缩机使用，制作完毕的设备

17、体积会比较大，预计会超过0.5m3，而且需要资金比较多，远超出300元的资金计划。 2、利用干冰升华吸热原理制冷干冰可升华为无毒、无味的二氧化碳气体，但干冰一定要储存在专用 的冷冻箱里，需要购置专用冰箱，需要上千元，附加成本较高，而且使用不当容易发生爆炸。3、利用瓶装液态气体汽化吸热原理制冷 班组有N2、O2等对大气无破坏作用的瓶装液态气体，但这类气体汽化时吸收热量很少，N2、O2熔解潜热仅为25.749KJ/kg、13.816 KJ/kg，使周围温度降低不明显。（4）半导体制冷片 半导体制冷是利用特种半导体材料构成的P-N结，形成热电偶对，产生珀尔帖效应，即通过直流电制冷的一种新型制冷方法，

18、与压缩式制冷和吸收式制冷并称为世界三大制冷方式。当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端；由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。半导体制冷片目前价格十分便宜,80W的制冷片价格在20元左右，而且体积非常小，仅4cm4cm0.3 cm。课题分析、评估及选定表序号课题评估是否选定评估内容内容分析评价1氟利昂循环制冷环保性温室气体,禁止使用气体差不选经济性价格昂贵，超过300元计划上限差实用性需要配合压缩机使用,不实用差2干冰升华现象制冷环保性升华成CO2气体,不推荐使用中不选

19、经济性自身价格比较便宜，每公斤30元。但附加成本高达几千元中实用性不能在密封容器内存放,需要购买后及时使用，使用不当容易爆炸差3瓶装液态气体汽化现象制冷环保性N2、O2等气体对大气无破坏作用好不选经济性价格比较便宜，O218元一瓶中实用性汽化吸收热量少，N2、O2熔解潜热仅为25.749KJ/kg、13.816 KJ/kg差4半导体制冷片制冷环保性无任何气体产生，无任何污染好选定经济性功率80W的制冷片20元，价格便宜好实用性制冷片体积为4cm4cm0.3 cm,装置体积可以很小好 ( 制表：王涛 2008年11月7日)方案II级分解箱壳部分方案分析：箱壳部分绝 热 泡 沫金 属 材 料温度控

20、制器校验装置 1、 绝热泡沫导热系数非常小，基本可以实现容器内的热量与外界的热量隔绝，但非常不坚固，在现场使用很容易破损。 2、 金属材料制作箱壁很坚固，完全可以适应现场使用条件，但金属是良热导体，箱体内外的热交换比较迅速，很难维持箱内的低温环境。针对这种情况，小组成员集思广益,决定将两者的优点结合,屏蔽不足,提出金属材料制作箱壁, 绝热泡沫做内胆的方案,这样即可以保证能实现现场使用条件,坚固耐用,又能实现容器内热量与外界热量隔绝的要求。金属箱壳泡沫内胆绝 热 泡 沫金 属 材 料温度控制器校验装置箱壳部分方案III级分解指示部分方案分析：温度越线报警指示实际温度温度控制器校验装置指示部分1、

21、温度越线报警，需要在箱内装设温度控制器，设启动温度，当温度到达设定值（5）时，发出光、电或声音信号，提示校验人员。而研制的校验箱就是用来校验温度控制器，难以保证校验结果准确性。另外，此种方案无法对被校验的温度控制器的情况进行了解，有些温控器可能启动温度比设定值稍高或稍低，只要在误差范围内都是合格的。该种方案无法判断，造成部分合格温度控制器被校验为不合格。2、指示实际温度，只需要装设温度计，人工观察校验箱内的温度，当启动时记录启动温度。当温度降至0时，仍不启动，直接作为故障温控器判断。这种方法不但可以判断出温度控制器的正常与故障，还可以准确测量到启动温度。对于启动温度在4和6的温控器，可以申请使

22、用，节省成本。课题分析、评估及选定表序号课题评估是否选定评估内容内容分析评价1温度越线报警准确性只能严格判断5启动情况，在误差范围内存在误判差不选经济性需要加装精密温控器，价格上百元差2指示实际温度准确性可准确判断温控器的合格与否好选定经济性只要加装普通电子式温度计，价格十几元好 （ 制表：孔亮 2008年11月16日）方案IV级分解电源方案分析：电源部分干电池组蓄电池适配器温度控制器校验装置 1、干电池组。校验箱的功率为200W左右，每只温控器校验时间为2min,所需要的能量为200260=2.4104J。普通干电池每节1.5V,半导体制冷片为直流12V，共需要8节，而且干电池组容量有限，难

23、以满足校验现场几十只温度控制器需要的上百万焦耳的能量要求。 2、蓄电池。蓄电池容量足够满足现场几十只温度控制器的校验的要求，但重量往往达到四十千克以上，重量太大，现场使用搬运很不方便。 3、适配器。适配器可以将交流220V直接整流为直流12V,现场接取交流220V电源十分方便，而且适配器体积重量都很小（长度在20cm以下，重量1kg左右），输出功率大，完全能满足现场要求。课题分析、评估及选定表序号课题评估是否选定评估内容内容分析评价1干电池组电源容量8节干电池很难提供106J能量差不选重量重量在1kg左右好2蓄电池电源容量可以提供106J能量好不选重量重量在40kg以上，搬运困难差3适配器电源

24、容量可以提供106J能量好选定重量体积小，重量1kg左右好 （制表：苗延光 2008年11月21日） (三)方案确定金属箱壳，泡沫内胆半导体制冷片制冷指示实际温度交流适配器电源温度控制器校验装置方案确定后,我们咨询了青岛海尔集团和上海珂利温度控制器厂的相关专家,经过对方案的详细论证,专家一致认为:1、校验箱内的降温过程，可以模拟冬季的降温过程，校验结果真实有效。2、采用人工判断温度控制器正常与故障，可以具体测得温控器的启动温度，方便与正常启动温度比较，获得偏差程度，避免了将部分在误差范围内的温控器校验成故障温控器的可能。六、制定对策对策表序号对策(步骤)目标措施负责人地点完成时间1制作金属箱壳

25、，泡沫内胆在200NS冲量20次作用下，箱外壳无变形，内胆无脱落，满足JB/T7945-1995工器具机械性能测试方法要求1、根据温控器尺寸设计、制作校验箱尺寸，用#2镀锌板裁剪箱壳2、泡沫用TS硅橡胶粘合剂粘在镀锌板箱壳内壁冯部李平车间2009.1.72制作半导体制冷系统计算所需要的半导体制冷片功率，使校验箱内的温度2min内可由20降到0，满足GB/T2424.6-2006电工电子产品环境试验 温度、湿度试验箱性能标准1、测量校验箱内气体容量，计算半导体制冷片容量2、安装散热片和风扇增加热交换效果宋飞飞孔亮办公室2009.1.93制作指示实际温度部分可准确测量校验箱内温度，温度范围为-10

26、至+30可准确到0.1同时当控器接点接通时输出光信号，满足GB14536.10-2008电自动控制器 温度敏感控制器的特殊要求1、安装指针式温度计测量校验箱内温度2、温度控制器接点串入指示灯回路，接点接通，指示灯点亮孙源文王涛仓库2009.1.124制作电源部分输入AC220V,输出DC12V，输出电流10A以上，满足QB/T3006-2008工具箱柜通用技术条件购置大功率适配器，输入、输出满足要求高强王新威仓库2009.1.135整体组装各部件固定牢固100NS冲量10次无相对移位，密封良好，0.001MPa气压试验合格，满足JJG10-1990电冰箱性能综合测试装置检定规程冲量试验送试验室

27、进行，水压试验利用班组高压氧气减压进行苗延光孔亮仓库2009.1.19 (制表：苗延光 2008年12月10日)七、对策实施1、金属箱壳、泡沫内胆制作2009年1月6日，小组人员对公司目前使用的温控器尺寸进行了测量。温控器尺寸统计表型号尺寸（cmcmcm）实物图SWN-1TC(TH)105mm70 mm50 mmKTH-2100 mm70 mm50 mmDTCH-11A(TH)100 mm75 mm50 mmKWN-1TC(TH)95 mm75 mm60 mm ( 制表：陶方杰 2009年1月6日) 测量完温度控制器尺寸，又对散热器尺寸进行了测量为40cm40cm40cm（含风扇高度）。考虑选

28、用15mm壁厚隔热泡沫和散热空间要求，最终确定制冷室尺寸为145120135mm,散热室尺寸为14512065mm和145120150mm。设计图如下：12012013513565150135200145AA-AAAAB-BC-CD-DB温控器金属外壳设计图设计冯部绘图李平设计日期2009.1.6cD月日，小组按照设计图进行制作。图 1月6日，按照设计图纸进行了裁剪、钻孔、焊接加工。 加工完毕后，在制冷箱内壁用TS硅橡胶粘合剂粘附15mm厚绝热泡沫。 1月7日，将制作完成的校验箱外壳送至哈尔滨工业大学机械试验室进行试验，经试验，在每秒200NS冲量连续20次作用下，外壳无明显变形，内胆无脱落,

29、符合要求。2、半导体制冷系统的制作 根据工程热力学可知，1mol理想气体，温度每降低1K时放出的热量为1.986cal,通过测量校验箱内胆容积为13cm12cm9cm=1404cm3=1.4L,而标准大气压下的摩尔体积为22.4L/mol,所以箱内气体摩尔数为1.4/22.4=0.0625mol,即放出的热量为0.06251.986=0.13cal,考虑存在热交换和温控器热容量的不同，增加一个修正系数K=1.5，所以当温度由20降至0所放出的热量为1.50.13 (20-0)=3.9cal=（3.94.1868）J=16.3J,要求2分钟实现，所需要半导体制冷片的功率为16.3(260)=13

30、6W,所以安装两组80W半导体制冷片足可以满足要求。 安装制冷、制热散热片镀锌板裁散热孔绝热泡沫裁孔1月9日，小组成员分别在镀锌板和绝热泡沫上裁出40cm40cm方孔，将半导体制冷片固定在方孔内，电源线外甩。为了增加吸热和散热效果，在半导体制冷片的制冷和制热面分别用TS导热硅脂固定散热片和风扇。安装结束，密封面用密封胶进行密封处理，保证内外空气隔绝。同时，在两侧散热室钻10散热孔。 制作完毕后，小组成员用班组可调式直流电源进行试验。在2min内，温度可降至0，满足要求。 3、指示实际温度部分制作 为了满足-10至+30的测量范围和精确度0.1的要求，经过对比，小组选用TP3001型数字温度计，

31、测量范围为-50至+300，精确到0.1，完全可以满足要求。2009年1月12日，小组成员在校验箱钻10眼，安装温度计。温度计的传感器探针部分置于校验箱内部，指示部分置于散热室。适配器AC220DC12温控器接点电气原理图 (绘图：孔亮 2009年1月12日) 4、电源部分制作2009年1月13日，小组成员购置蓝贝尔ACT-120105A型适配器，考虑特训时多组断路器校验，时间可能长达一个小时以上，为了保证散热室的散热效果，将适配器电源装于校验箱外。5、整体组装2009年1月17日，小组再次将制作完成的校验箱送至哈尔滨工业大学机械试验室进行试验，经试验，在每秒100NS冲量连续10次作用下，内

32、部各部件无相对变形，符合要求。1月18日小组将温度控制器装入密封容器进行0.001MPa试验，无泄露情况，符合要求。1月19日，小组成员在办公室空调环境下对温度控制器备品和现场更换下的存在故障的温度控制器进行试验校验。空调环境校验结果一览表日期环境温度校验温度控制器编号启动温度校验时长1.17上午21WKQ- SWN-1TC(TH)-015.2137”WKQ- KTH-2-015.3139”WKQ- DTCH-11A(TH)-016.1120” 1.17下午19WKQ- SWN-1TC(TH)-025.5145”WKQ- KTH-2-025.7152”WKQ- DTCH-11A(TH)-026.2118” 故障温控器1不启动不启动1.1819WKQ- SWN-1TC(TH)-035.3135”WKQ- KTH-2-035.4137” WKQ- DTCH-11A(TH)-035.0140”故障温控器22.2157”1.1920WKQ- SWN-1TC(TH)-045.3133” WKQ- KTH-2-046.1131”WKQ- DTCH-11A(TH)-045.1138”故障温控器3不启动不启动 (制表：宋飞飞 2009年1月19日)通过15次试验，备品试验全部合格，存在故障的温度控制器均被检测出。准确率达到100%。八、效果检查1、为了现场验证研制的开关温度控制器校验箱的