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

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 科组员具体实施刘涛只男研究生组员资料

2、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。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

3、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1、 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，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

4、，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

5、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）目标可行性分析图1可行性分析图 制图：陈海东 时间：三、提出各种方案并确定最佳方案（一）装置亲和图图2装置研制亲和图 制图：陈海东 时间：2015.03.01（二）.提出方案图3 方案分解 制图：张锴 时间（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：电流型时间继电器、ARM、单

6、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

7、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：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-024-1ZS1 10A250V元件参数工作电压DC220VDC220V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

8、下触点切换电压250V250V周围环境温度-5570-5070电寿命100000次150000次体积43*81*145mm34.5*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。 缺点：1、体积较大2、市场价格较高 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，满足要求。 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：4电流采样模块选择表3 电流采样模块的选取方案LZ812CVHCS-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

9、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: 张 雷 时间：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

10、选用不采用采用制表: 陈海东 时间：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灯8工作电压:DC220V直径:22mm市场价格:510元/个优点: 1、工作电压适合 2、性能稳定 3、价钱低廉采用制表: 陈涛 时间：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：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方案优点1.按照回路设计要求和所选择

11、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，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：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。图5 确定最佳方案 制图：陈涛 时间：四、制定对策表表8

12、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5、编写软件代码创新实验室李岳峰组装调试（1） 符合相关规范要求，见注1。（2）

13、 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%创新实验室陈海东侯雨辰 制表: 刘涛只 时间：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。图6 装置硬件原理图 制图：高奇 时间：2设计

14、装置电源回路 图7 装置电源回路 制图人：赵小龙 时间：2015.6.203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：4显示回路图9显示回路 制图：王景波 时间：5装置硬件总图图10 硬件总图 制图：陈海东 时间6印刷电路板图11印刷电路板图 制图：高奇 时间：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设计软件主流程图图12 软件流程图 制图：张锴 时间：2设计单片机自检规则图13 自检

15、规则流程图 制图：王景波 时间：3设计保护逻辑原理4设计故障诊断逻辑原理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：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1.5mm。 （四）功能试验1检查智能分合闸

16、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10°50°100°电流回路采样分闸回路10°50°100°0.98I<Im<1.02I正确合闸回路10°50°100°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+30-300.95U<Um<1.05U正确3电位+110+30-30正确5电位+110+30-30正确7电位+110+30-30正确37电位+110+30-30正确制表：陈涛 时间：2检

17、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-*-*x4开关分闸回路异常5-*-*-5保护分闸回路异常制表：陈涛 时间：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

18、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：如图所示，三次现场实验的保护动作时间皆整定为500ms，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5