研制断路器液压油渗漏监测装置

1、研制断路器液压油渗漏监测装置 500千伏博罗站QC小组QC成果发布会材料创新型研制断路器液压油渗漏监测装置500千伏博罗站QC小组广东电网有限责任公司惠州供电局二零一七年目 录 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc485032035 前 言 前 言断路器是变电站内开断正常运行电流及短路故障电流的关键一次设备。当电力系统发生故障时，需要断路器快速地对故障点进行切除，防止进一步扩大故障范围。因此，断路器的可靠动作对电力系统的安全稳定运行具有十分重要的意义。变电站断路器广泛运用液压机构作为储能机构，当断路器液压油发生渗漏时，将引起机构频繁打压，不仅会加快设备磨损，减少机构

2、使用寿命，而且可能导致断路器慢分合，影响事故情况下断路器可靠动作性能，严重时断路器将拉弧进而引起爆炸事故。因此在变电运行工作中，准确、有效、快速地发现断路器液压油渗漏情况，对及时消除断路器液压油渗漏故障，保障电网设备安全运行具有重要的意义。据相关资料显示，断路器液压油渗漏位置隐蔽，现场工作中普遍存在液压油渗漏发现慢问题，目前的管控措施难以满足及时发现断路器液压油渗漏情况的需求。名称解释（1）断路器液压机构：一种断路器储能机构，内含高压油路、低压油路、工作活塞和分合闸电磁阀等器件。分合闸原理如下图1所示：合闸过程：合闸电磁阀导通时，工作活塞下方油腔与高压油路导通，并且通过换向阀切断了低压油路，工

3、作活塞因下方油压力高而推动活塞连杆向上运动，实现断路器合闸。分闸过程：分闸电磁阀导通时，工作活塞下方油腔与低压油路导通，并且通过换向阀切断了高压油路，工作活塞下方油压降低，且因受上方高压油作用而推动活塞带动连杆向下运动，实现断路器分闸。图1 断路器液压机构分合闸原理图（2）液压油渗漏：断路器液压油渗漏分为内部渗漏和外部渗漏两种。连接管接头、阀门、箱体等出现问题时，可能会引起断路器液压油渗漏。液压油渗漏会使液压部分频繁打压；液压油渗漏严重时，会导致断路器慢合、慢分，影响分断性能，甚至引起断路器爆炸。（3）ppm：气体体积浓度，单位为百万分之一，亦常表示传感器灵敏度的量纲。（4）光离子化检测器（P

4、hotoionization Detector，PID）：一种通用性兼选择性的检测器，对大多数有机物都有相应信号。一、小组简介小组简介小组名称500千伏博罗站QC小组注册编号HZBY2017-01课题名称研制断路器液压油渗漏监测装置课题类型创新型活动时间2016年01月2017年01月培训情况小组成员全部受过TQM知识教育48小时以上序号姓 名性别文化程度职 务职称组内分工1罗斐男硕士值班长技师全面组织协调2卓定明男本科副值班长及时实施、检验3李柯睿男本科值班员高级工设计、实施4叶欢欢男本科值班员高级工设计、实施5赖昱光男硕士值班员高级工设计、实施6晏结钰女本科值班员高级工设计、实施7王博男本

5、科值班员高级工实施、检验8陈柏恒男本科值班员高级工资料整理9郭佳才男硕士值班员高级工资料整理10张扬男本科值班员高级工资料整理二、选择课题（一）选题背景1、情况描述2015年至今，惠州供电局变电管理一所所管辖的液压机构断路器中有9台断路器的液压机构被值班人员在巡视、检修过程中发现了液压油渗漏。图2-1 断路器液压油渗漏现场图通过对发生渗漏油的液压机构进行检查，统计得到9台断路器液压油渗漏发现途径及原因如表2-1所示：表2-1 9台断路器液压油渗漏发现途径及原因统计表断路器编号发现途径成因#1设备检修连接管密封不良#2设备检修螺栓松动油密封破坏#3巡视检查安全阀弹簧疲劳老化#4设备检修连接管密封

6、不良#5设备检修螺栓松动油密封破坏#6设备检修阀门变形#7设备检修螺栓密封垫圈损坏， #8设备检修机构内部密封面密封不严#9巡视检查阀门密封不良制表人：晏结钰 制表时间：2016年3月2日从表2-1可知，导致液压油渗漏的原因各不相同，可排除设备的家族性缺陷。液压油渗漏导致液压机构频繁打压、卡涩和油液污染，机构零部件磨损严重，危及断路器正常分合功能。2、现有措施分析 目前，变电站运行人员对于断路器液压油渗漏情况的主要发现手段为日常巡视中对断路器液压机构的油位计进行检查和开箱检查。然而，由表2-1可知，9例渗漏案例中，有7例是通过设备检修发现的，仅有2例是通过巡视检查，人工巡视未能及时有效发现液压

7、油渗漏问题。 图2-2 断路器液压机构观察油位计及开箱检查为了分析变电站值班人员对液压油渗漏检查发现的效果，小组开展液压油渗漏发现的有效性、时效性分析。表2-2 9台断路器液压油发生渗漏情况统计表断路器编号油滴位置观察死角渗漏油量油漏速度渗漏发现天数#1罩体内有83ml2.6ml/天32天#2罩体外有39ml0.7ml/天56天#3罩体外无127ml3.5ml/天36天#4罩体内有74ml0.4ml/天185天#5罩体外有26ml0.5ml/天52天#6罩体内有88ml0.4ml/天220天#7罩体内有102ml1.1ml/天93天#8罩体内有131ml4.1ml/天32天#9罩体外无38ml

8、7.5ml/天5天注：液压油油漏速度的测量方法：停止油泵终止油压供应并保持一段时间，检查油压表及现场温度计，通过试验前后的压力和温度，根据厂家提供的方程式计算得出。制表人：晏结钰 制表时间：2016年3月2日由表2-2可知液压油渗漏发生位置具有随机性，有7台因存在观察死角问题而无法当场发现。因此开箱检查发现液压油渗漏的方法存在不确定性。而断路器液压油渗漏速度慢，因渗漏慢导致油位指示变化非常小。因此当液压油发生慢速渗漏时，仅靠人工肉眼难以发现油位计的微小油位变化。综上分析可知，断路器液压油渗漏存在不确定性、油位微小变化较难观察等特点，现有措施难以及时发现渗漏情况。（二）提出课题断路器液压油渗漏的

9、有效发现与渗漏位置、渗漏油量以及人员巡视检查时机密切相关，不确定因素多。对此小组成员经讨论分析认为，必须研制一种能够对断路器液压油渗漏进行监测的装置，全时刻监测断路器液压油渗漏情况，并在发现油渗漏情况后立即告警反馈，才能满足及时发现断路器液压油渗漏的需求。因此，小组成员确定此次QC活动的课题为：研制断路器液压油渗漏监测装置（三）查新借鉴1、课题查新小组成员对本次QC课题进行了委托查新，发现目前还没有断路器液压油渗漏监测装置。课题查新报告如下：表2-3 课题查新报告表查新项目名称研制断路器液压油渗漏监测装置查新单位广东省科学技术情报研究所查新方式委托查新查新时间2016年3月07日查新范围中国科

10、技成果数据库、国家科技成果库、中国专利、中文科技期刊数据库、中国学位论文数据库、中国学术会议论文数据库查新点与查新要求研制断路器液压油渗漏监测装置，及时发现断路器液压油渗漏情况，提高断路器运行的可靠性。查新结果查新结论经查新表明，国内未见断路器液压油渗漏监测装置的文献。制表人：晏结钰 制表时间：2016年3月9日2、查新启示为满足全时刻监测断路器液压油渗漏的要求，小组查阅了大量的文献。通过查新借鉴，得到多种可参考的技术点，部分资料如表2-4所示。表2-4 查新借鉴启示序号论文/专利启发项1油罐漏油检测方法与技术油罐泄露检测方法中，提到一种基于油气浓度的渗漏检测方法。该方法的基本思想就是通过在油

11、罐基础上钻孔，利用相关检测技术和设备对油气浓度进行不同时段的监测。通过对结果分析，得知储油罐是否发生泄漏。2电力变压器安全运行的在线监测与故障诊断技术研究变压器油中溶解气体在线监测系统的诊断流程图如图所示：诊断结果变压器油气分离单元判断控制单元上位机气体检测单元3挥发性有机物挥发速率的影响因素在环境水体中，风速对挥发速度有较大影响。4CN205510002U一种专用电信号的放大滤波电路弱信号处理案例。制表人：晏结钰 制表时间：2016年3月10日根据查新借鉴，小组总结出：1、可通过对液压油渗漏后挥发出的特征气体的浓度进行监测，来判断断路器液压油是否出现渗漏。2、装置应包含气体传感、信号处理、现

12、场控制和远端监控等模块。3、为及时监测液压油渗漏挥发出的特征气体量，快速发现液压油渗漏，可采取措施，提高断路器机构箱内的气体内循环速度。三、确定目标（一）设定目标小组成员经过讨论，一致认为装置应满足及时发现断路器液压油渗漏的需求，即断路器液压油渗漏监测装置应能对液压油渗漏情况准确快速地进行响应。经过充分讨论和研究后，制订出本次活动的目标：研制一套断路器液压油渗漏监测装置，使其对液压油渗漏的监测告警响应时间小于30s。目标设定依据：根据GB 12358-2006 作业场所环境气体检测报警仪通用技术要求规定，可燃气体检测仪响应时间应在30s以内。因液压油挥发的气体主要为可燃性的烃类特征气体，故将目

13、标定为响应时间小于30s。（二）目标可行性分析1、理论分析断路器液压油渗漏监测装置气体传感模块现场控制模块远端监控模块信号处理模块图3-1 断路器液压油渗漏监测装置构成设想从图3-1可知，理论上装置应由气体传感模块、信号处理模块、现场控制模块、远端监控模块这四大模块组成。现场控制时间t3气体传感时间t1信号处理时间t2远程监控发信时间t4图3-2 总响应时间构成图故有：T（总响应时间）=t1（气体传感时间）+t2（信号处理时间）+t3（现场控制时间）+t4（远程监控发信时间）。以气体传感时间t1分析为例，气体传感时间t1的时间偏差主要有位置偏差1、温度差异2、感应元件误差3、等效阻抗误差4。即

14、气体传感响应时间为t1（1，2，3，4）的函数。1，2，3，4均为随机误差，满足正态分布，所以气体传感响应时间t1满足正态分布N（，2），因此能确定出气体传感时间的期望值T1exp，并得到偏差范围。图3-3 气体传感时间t1正态分布图根据查阅相关资料可知，当事件发生概率为99.7%时，做有限次试验，试验结果大概率为既定情况。发生概率为99.7%的区间为-31,31，故可得在发生概率99.7%情况下，总响应时间t1范围为t1T1exp-31, T1exp+31。同理，信号处理时间t2、现场控制时间t3、远程监控发信时间t4，误差满足正态分布，因此t2、t3和t4同理满足正态分布N（，2），在大概

15、率99.7%情况下，有：t2T2exp+32 =N2，t3T3exp+33=N3，t4T4exp+34=N4，通过试验结果可确定得到气体传感响应时间t1N1，信号处理时间t2N2，现场控制处理时间t3N3，远程监控发信时间t4N4。故有：TN1+ N2+ N3+ N4=Nx只要在装置运行过程中，确保元件运行稳定，使各模块运作时间误差满足正态分布N（，2），即可得到较稳定的装置响应总时间，控制各时间满足N1+ N2+ N3+ N430s，则监测响应时间小于30秒的目标可行。2、模拟试验为试验装置内各模块运作时间能满足目标要求。小组成员简易制作一套液压机构渗漏油监测装置，测试装置各模块响应或处理时

16、间。根据查询设备说明书并咨询产家，当渗漏超过20毫升时可能导致液压机构频繁打压。现场统计导致液压机构出现问题的最低渗漏值为26ml。为使装置能在设备出现安全问题前进行告警，考虑严重情况并留取1倍程度的裕度，最终小组成员认为装置应能对超过10毫升的渗漏进行告警，故采用10ml液压油作为装置的响应测试油量。表3-1 目标可行性分析模拟试验目标可行性分析模拟试验试验目的试验构成装置监测响应时间的各模块运作时间值能满足目标要求。试验方式简易制作一套液压机构渗漏油监测装置，测试装置各模块响应或处理时间。试验过程1、简易的液压油渗漏监测装置的制作；2、依次单独开展各模块的响应时间测试，每个模块共开展30次

17、试验，记录单次响应或处理时间。数据分析方法说明1、采用散点图、直方图对数据进行分析。2、从试验结果时间最小值开始，分成8组，根据最大值确定组距，并对测试所得时间进行8个分组的频数统计。3、对上述8个分组的频数统计进行正态分布曲线回归。4、对上述8个分组的频数统计用直方图表示，横坐标为组数编号，纵坐标为频数；在同一坐标轴上标示上述正态分布曲线回归结果。续表气体传感响应时间试验数据（其它试验数据见附表）数据分析概况最大响应时间Tmax（s）24.4最小响应时间Tmin（s）21.2平均响应时间Texp（s）22.8标准方差20.644214极差3.2分组数8分组间距0.526319正态分布趋势分析

18、组数数据下限值数据上限值频数正太分布曲线121.0021.5200.01045221.5222.0410.07529322.0422.5530.28400422.5523.0750.56104523.0723.59100.58045623.5924.1170.31450724.1124.6330.08924824.6310.01326试验数据试验次数气体挥发用时（s）传感反应时间（s）总响应时间（s）120.91.722.6221.51.723.2320.21.621.9421.61.823.3521.01.822.8620.01.721.7722.81.624.4821.51.723.392

19、0.61.722.31021.21.622.81121.21.722.91221.11.722.71321.61.823.41420.81.622.41521.01.622.61620.91.722.61720.41.622.11820.91.722.61921.61.723.32022.01.823.72120.21.721.92221.61.623.32319.81.521.22420.81.722.52521.31.723.12622.21.723.92720.81.722.42822.21.623.82921.41.723.03021.61.723.3试验数据分析由上述数值计算可知，标

20、准差0.8026，在发生概率99.7%情况下， t1范围为t1T1exp-31, T1exp+31=20.4，25.2，因此t1T1exp+31=25.2s。结论结合其它模块试验数据（详见附录中的附表1、附表2、附表3），满足N1+ N2+ N3+ N4=26.830s，说明论证目标可行。考虑实际应用时系统完善后误差率会小于实验误差，因此装置的监测响应时间小于30秒目标是可行的。制表人：晏结钰 制表时间：2016年4月2日四、提出各种方案并确定最佳方案（一）方案需求针对本次活动的课题目标，小组成员借鉴查新技术，同时运用“头脑风暴法”对液压油渗漏监测装置的研制提出了各种方案，对监测装置的研制设计

21、分解如下：图4-1监测装置设计分解图通过归纳整理可得以下亲和图：断路器液压油渗漏监测装置前级RC滤波设计前级主放大设计信号放大滤波方案催化燃烧方式红外吸收方式光离子化方式气体传感方案过流动作控制突变量动作控制定时限动作控制处理器判断控制方案无线传输控制总线传输控制传输控制方案图4-2亲和图同时，小组成员通过调研分析，确定监测装置性能应满足表4-1所述。表4-1监测装置性能要求表性能要求说明依据有效性监测告警响应时间小于30s。课题目标经济性经费预算1万元。科研经费安全性装置在安装及运行过程中不对人身和电网设备造成伤害和影响。现场调研可靠性装置应该能在机构箱振动等既定干扰环境下自主、在线持续运行

22、。现场调研时效性要求在7月前完成研制工作，即周期90天。科研计划能耗分析满足变电站节能环保需求，全天运行能耗应1kWh。现场调研安装要求不改变机构箱结构，检测装置体积0.004m3。现场调研维护要求应支持热插拔，各模块元件检修维护工作量少。现场调研制表人：赖昱光 制表时间：2016年4月15日（二）方案分析和论证根据亲和图和装置性能要求，以下对各方案进行分析确定。表4-2 气体传感方案分析表气体传感方案可选方案气体传感方案催化燃烧方式红外吸收方式光离子化方式选择依据1、满足装置功能有效性需求；2、传感测量过程不对人身和设备造成伤害和影响。3、能耗低于0.8kWh；4、可方便检修更换，维护量少；

23、5、耗材制作费用低0.8万元。方案简介方案一方案二方案三催化燃烧方式红外吸收方式光离子化方式续表方案简介方案一方案二方案三催化燃烧方式红外吸收方式光离子化方式将传感器与匹配电阻构成恒温控制电路（惠斯通电桥电路），检测到可燃气体时电阻变化导致电桥平衡状态破坏，从而输出电压信号。由光源发出相应的辐射，经过气室被气体吸收后，经滤波片选择吸收波长和参考波长，光电探测器接收被吸收后的辐射，转换成电信号。气体被紫外灯照射发生离子化过程，带电离子由 PID 电离室内的的电极板所收集，以相应的微弱电流信号代替被测物质的浓度。调研论证探测有效性满足探测有效性满足探测有效性满足探测有效性测量对外影响1）气体探测产

24、生过热高温，加速机构箱设备老化。2）探测气体元件虽然为无焰燃烧，但对可燃气体仍有引燃风险。3）燃烧后断路器机构箱密闭空间易存留有毒气体，巡视时对人体有害。1）人体不会因装置原因造成触电。2）红外光对人体无害，装置运行噪音低，可确保装置不会对人体和变电日常运维工作造成影响。1）PID灯源及电离室相互之间有屏蔽隔离；2）待测气体离子化后会恢复，对外界没影响。能耗大小装置探测元件燃烧气体需加热，在线运行一天总耗能2kWh0.8kWh。在线运行一天总耗能4.5kWh0.8kWh。耗能主要元件为紫外光源和稳压器电源，在线全天总耗能0.6kWh0.8kWh。检修便捷性探测元件加热所用铂丝容易熔断，寿命短，

25、需要频繁检修更换。不支持热拔插，气体检测部件更换麻烦。支持热拔插，紫外光源稳定，维护量少。制作费用探测元件费用0.4万元0.8万元。光源选择德国Perkin Elmer公司的IRL715，探测器同为该公司生产的TPS2534。费用达1.8万元0.8万元。主要费用集中在紫外灯源、PID电离室制作，费用达0.6万元0.8万元。结论不采用不采用采用备注：“”表示符合要求或性能更优，“”表示不符合要求或性能较差，以下方案选择中表示相同。制表人：叶欢欢 制表时间：2016年4月19日表4-3 信号放大滤波方案分析表信号放大滤波方案可选方案信号放大滤波方案前级RC滤波设计前级主放大设计选择依据1、对输入信

26、号放大效果好；2、抗干扰能力强；3、稳压电源要求低。方案简介方案一方案二前级RC滤波设计前级主放大设计对信号进行滤波处理后再实行运放针对微弱信号先运放处理，后续设计电路进行滤波去噪调研论证放大增益满足要求满足要求抗干扰能力适用于大电流信号去噪功能适用于小电流信号去噪功能稳压要求可无源稳压普遍采用有源稳压结论两种方案各有优缺，一定程度上皆能满足功能需求，尚无法确定优选方案。优化改进考虑气体传感方案对信号放大滤波的电路要求高，小组成员借鉴查新了解到的专利CN205510002U一种专用电信号的放大滤波电路，结合两种方案技术优势进行改进，最终设计出前级主放大+后级放大滤波的回路方案，以满足精确放大滤

27、波的方案需求。制表人：陈柏恒 制表时间：2016年4月22日表4-4 处理器判断控制方案分析表处理器判断控制方案可选方案处理器判断控制方案过流动作控制突变量动作控制定时限动作控制选择依据1、处理器能正确动作，动作正确率95%；2、具有自检判定功能。3、响应迅速，决策判断耗时1s。方案简介方案一方案二方案三过流动作控制突变量动作控制定时限动作控制调研论证动作正确率95%92%97%自检判定功能无误动判定功能有误动判定功能有误动判定功能响应速率代码211行试验统计耗时0.5s代码356行试验统计耗时1.5s代码256行，过时设定1s试验统计耗时1.6s结论方案一和三各有优缺，但方案三耗时长，方案一

28、易误动，尚难以明确优选方案。优化改进改进方案一的不足，结合方案二的判定优势，小组成员最终设计采用过流启动+突变量判定的处理器控制方案。制表人：叶欢欢 制表时间：2016年4月24日表4-5 传输控制方案分析表传输控制方案可选方案传输控制方案无线传输控制总线传输控制选择依据保证整组误差响应率高于99.5%；误码率不大于1*10-10；保证响应时间不大于10ms。方案简介方案一方案二无线传输控制总线传输控制无线wifi协议传输基于CAN总线控制调研论证整组误差响应率99.9%99.9%误码率3*10-53*10-11响应时间20ms10ms结论不采用采用制表人：陈柏恒 制表时间：2016年4月27

29、日（三）确定最佳方案根据上述试验分析和对比选择，最终确定了断路器液压油渗漏监测装置的最佳方案：前级主放大+后级放大滤波信号放大滤波方案信号处理设计总线传输控制传输控制方案远端监控设计断路器液压油渗漏监测装置过流启动+突变量判定处理器判断控制方案智能决策设计传感测量设计气体传感方案光离子化传感图4-3 断路器液压油渗漏监测装置最佳方案完成方案设计后，惠州供电局设备管理部组织专家对“断路器液压油渗漏监测装置研制方案”进行了评审，经专家讨论审查，确认此方案有效可行。五、制定对策根据确定的最佳方案后，小组成员运用5W1H法制定了以下对策实施表：表5-1 最佳方案对策实施表序号方案对策目标措施负责人地点

30、实施时间1光离子化传感制作气体传感模块有效检测气体浓度低于15ppm，检测误差在5%以内。1、设计并采用PCB制版工艺制作电离化室；叶欢欢检修间5月18日2、制作放射灯源和吸气单元；叶欢欢检修间5月21日3、采用Altium Designer 14绘制驱动电路图；叶欢欢检修间5月27日4、组装并测试气体传感模块能正常启动。晏结钰检修间5月30日2前级主放大+后级放大滤波制作信号处理模块信号误差率5%1、设计前置调理电路，绘制回路图；李柯睿检修间6月10日2、制作信号放大电路并组接气体传感模块；李柯睿检修间6月14日3、用Multisim10软件对前置调理电路进行了仿真，对比实测结果，检验信号采

31、集和放大功能。李柯睿检修间6月18日3过流启动+突变量判定制作现场控制模块决策处理速度0.1s；现场告警反馈100%正确。1、根据现场控制模块功能要求，绘制电路图；赖昱光检修间6月21日2、制作控制模块电路板；王博检修间6月24日3、采用C语言编写控制算法；王博检修间6月26日4、加载程序到微处理器，调试并检验控制器处理功能。王博检修间6月28日4总线传输控制制作远端监控模块通讯误码率2.5*10-111、根据远端监控模块功能，绘制总线连接图；叶欢欢检修间6月30日2、编写CAN控制器信号规约，调试通信传输；卓定明检修间7月05日3、检验远端监控功能正常。卓定明检修间7月10日5整体封装测试装

32、置整体安装及运行联调10ml及以上液压油渗漏监测响应时间小于30秒。1、绘制装置各部件联络安装图卓定明检修间7月15日2、现场传感及控制装置完整封装；卓定明检修间7月18日3、对博罗站退运断路器液压机构安装人为注油孔，并安装监测装置；卓定明退运设备现场7月20日4、开展完整试验，对远端监控模块进行效果检查。罗斐检修间7月24日制表人：罗斐 制表时间：2016年04月29日 六、按对策实施根据对策实施表，小组成员进行了分步实施。（一）制作气体传感模块实施过程1、设计并制作电离化室设计电离化室过程时，小组成员有以下两种结构方案：表6-1 电离化室结构方案比较待选方案方案一方案二2-D结构Axial

33、 Flow结构选择依据材料购置费用低于200元；维护方便；在小组成员制作能力范围内。调研论证耗材费用耗材总费用：350元。耗材总费用：189元使用维护检测气体不与紫外灯口接触，灯表面不易形成污染物，清洁少。气体和污染物直接与灯具接触，需要定期清洗维护制作难度气体采用二维流动通道，结构较复杂，制作难度大。气体的流动方向与紫外灯的照射方向在一条直线上，结构直观简易。制表人：叶欢欢 制表时间：2016年05月29日Axial Flow结构相对于方案一更为直观简易，故采用方案二。随后小组成员采用PCB制版工艺实现电离室微型加工。PCB制版绘制数控微钻孔网印负性图形图形电镀电镀抗蚀金图6-1电离室制作流

34、程图6-2 电离化室装配横截面图图6-3 电离化室安装结构图表6-2 电离化室设计要点设计目的技术措施电离化室微型化，响应速度快电离化室的阴极和阳极采用1mm极短间距，分别粘贴在耐腐蚀、抗氧化的两块聚四氟乙烯片的上下表面。隔绝湿度电流两极板之间加入接地电极。信号的良好线性度极板之间的微孔直径0.6mm，孔间距0.1mm，均匀对称地分布在紫外灯直射面上，形成气体离化腔。制表人：叶欢欢 制表时间：2016年05月30日2、设计并制作放射灯源放射灯源制作过程中有两种直流电极激发和真空无极激发两种方式，考虑使用寿命及驱动稳定，最终采用方案二。表6-3 放射灯源激发方式比较待选方案方案一方案二直流电极激

35、发真空无极激发选择依据灯源使用效率高达95%；平均使用寿命大于2年；驱动方式容易实现。调研论证使用效率通过毛细管减弱电极溅射效应，平均使用效率有96.2%。横截面上的照射强度是均匀的，排除样品中死体积存在的可能性，平均使用效率高达98.1%。使用寿命电极受到气体的侵蚀而产生沉淀物散落在灯罩，减少灯的寿命，平均仅能使用9个月。不存在阴极压降问题，灯的寿命平均长达27个月。驱动难度激励电压非常高，需要配备大容量的电池，在供电过程中会产生高频干扰信号。激发和维持的整个过程中所需的驱动电源为幅频特性稳定不变的交流电源。制表人：叶欢欢 制表时间：2016年05月31日3、吸气单元选择为了提高气体传感效率

36、，小组成员设计出吸气单元与电离室衔接，其方案选择如下：表6-4 吸气单元方案比较待选方案方案一方案二方案三R385KLP04NMP05M选择依据1、气密性能好；2、耗能低于3W；3、吸气流速控制低于0.5 L/min。调研论证气密性普通塑料材质，气密性要求较低。隔膜采用EPDM材质，气密性有保障。头部加装密封圈，气密性良好。耗能大小2.8W4.8W1W吸速控制1.9 L/min0.32 L/min0.4 L/min制表人：叶欢欢 制表时间：2016年06月01日NMP05M型号的微型吸气泵气密性良好，耗能及吸速皆满足要求，最终采用该型号元件作为吸气单元。4、采用Altium Designer

37、14软件绘制驱动电路图，焊制电路板图6-4 紫外光源驱动电路图图6-5 吸气单元驱动电路图表6-5 驱动电路设计要点驱动回路驱动方式设计原理紫外光源推挽自激振荡利用两只晶体管和输出变压器构成自激振荡电路，产生峰-峰值为500V，频率为50k Hz的高压交流电信号，以此激发灯内填充的惰性气体Kr形成离子体。吸气单元恒稳供压采用W7805固定式三端稳压器进行电压转换，输出的5V直流电源。制表人：叶欢欢 制表时间：2016年06月03日5、调试、组装气体传感模块各单元图6-6 电离室、灯源组装效果图（2）分目标效果检查气体传感模块组装完成后，小组成员研究统计出10ml液压油挥发特征气体在断路器机构箱

38、中平衡浓度为26.8ppm，对气体传感模块输入不同浓度的试验气体异丁烯（大连光明特种气体公司生产），记录不同气体浓度下的电流输出结果：表6-6 气体检测信号测量结果气体浓度(ppm)0.0005.00010.00011.00012.000实测（mA）100.1100.1100.1100.1174.1仿真（mA）150.1153.8157.8162.2167.0误差（%）4.252气体浓度(ppm)13.00014.00015.00016.00017.000实测（mA）179.1184.6189.6196.0202.0仿真（mA）172.2177.9184.2191.0198.6误差（%）4.0

39、043.7702.9712.5901.685制表人：晏结钰 制表时间：2016年06月05日图6-7 气体检测测量信号对比示意图检查结果：气体传感模块能有效传感并检测浓度低于15ppm气体，有效满足10ml液压油气体传感监测需求，并且检测误差在5%以内。分目标实现！（二）制作信号处理模块（1）实施过程设计前置调理电路，绘制回路图前置调理回路的核心部件是信号放大芯片，对此小组成员通过市场调研，得出有以下三种选择方案：表6-7 信号放大芯片方案比较待选方案方案一方案二方案三LMC6082LTC6240HVICL7650选择依据抑制噪声信号，共模抑制比不低于80dB；有效检测微弱电流，输入偏置电流应

40、低于10-9A；反馈放大增益大于等于108。调研论证共模抑制比85dB70dB90dB输入偏置电流10fA0.5pA4pA反馈放大增益2.2*10131*1081*109制表人：李柯睿 制表时间：2016年06月18日考虑信号量检测精度高的需求，最终选用LMC6082集成运放元件。随后设计具有运放及滤波功能的信号处理电路。图6-8 I-V转换及主体放大电路图图6-9 二级放大及滤波回路图表6-8 信号处理电路设计要点设计目的技术措施保护输入级，限制差模输入电压电路中D1和D2组成了限幅电路。偏置稳压LMC6082的4脚为负电压输入端与负电源转化器MAX660的5脚输出端相连以获取电源电压，8脚

41、正电压输入端与电源稳压器LM117的3脚输出端相连以获取稳定的正电源电压。滤波接入7 脚输出端连接分压电阻后与后续二级放大及滤波元件AD627的2脚相连。由电阻R9和电容C12所组成的RC低通滤波电路。电压跟随用于电流-电压3金属膜电阻，电阻R14与R15并联。制表人：李柯睿 制表时间：2016年06月19日焊接信号处理模块的电路板图6-10 小组成员焊制信号回路电路板图（2）分目标效果检查小组成员用multisim10软件对前置调理电路进行了建模仿真，对比实测结果以检验信号误差率，具体情况如下：表6-9 放大信号测量结果表输入Iin(pA)0.000.000.000.100.100.10实测

42、Vo（mV）10.1949.76210.16414.77015.41715.552仿真Vo1（mV）10.00010.00010.00015.00015.00015.000误差（%）1.937-2.3761.640-1.5312.7823.678输入Iin(pA)0.150.150.150.200.200.20实测Vo（mV）16.88517.22217.19229.97030.19629.883仿真Vo1（mV）17.50017.50017.50030.00030.00030.000误差（%）-3.515-1.586-1.759-0.0990.653-0.391制表人：李柯睿 制表时间：20

43、16年06月20日图6-11 测量信号对比示意图检查结果：信号误差率5%。分目标实现！（三）制作现场控制模块（1）实施过程选择确定处理控制器主芯片结合处理器控制方案的需求，小组成员确定出以下三种主芯片选择方案：表6-10 处理控制器主芯片比较待选方案方案一方案二方案三MSP430F2618C8051F040STC12C5A60S2选择依据保证模/数转换模块精度达10位；测量误差不大于0.1%；需要内置CAN通信模块。调研论证模/数转换精度10位12位10位测量误差0.15%0.1%0.1%内置CAN是是否制表人：王博 制表时间：2016年06月25日 综合三项指标对比，最终选择C8051F04

44、0型号单片机来设计现场控制电路。设计控制回路图6-12 现场控制器连接图制作控制模块电路板图6-13 小组成员制作控制模块电路板采用C语言编写控制算法，加载程序到微处理器 图6-14 小组成员编写控制逻辑（2）分目标效果检查通过输入不同电压值以反复试验，统计控制回路的决策处理时间和响应情况：表6-11 控制模块响应情况表试验次序123456设定报警值V）1.500 1.500 1.500 1.500 1.500 1.500 输入值（V）1.1001.2001.3001.4001.5001.502计算处理时间（s）0.0740.0740.0740.0740.0740.074蜂鸣告警结果试验次序7

45、89101112设定报警值V）1.5001.5001.5001.5001.5001.500输入值（V）1.5111.5121.5611.6811.7451.861计算处理时间（s）0.0740.0740.0740.0740.0740.074蜂鸣告警结果最大处理时间0.074s告警正确率100%制表人：王博 制表时间：2016年06月26日图6-15 决策处理时间对比示意图检查结果：决策处理速度0.1s；现场告警反馈100%正确。分目标实现！（四）制作远端监控模块（1）实施过程绘制总线通信接口图图6-16 CAN总线控制串口图现场测量端C8051F040总线收发机总线收发机人机监控端C8051F

46、040光电隔离光电隔离图6-17 远端监控示意图编写CAN控制器信号规约，调试通信传输。图6-18 小组成员检查通信接口（2）分目标效果检查小组成员对远端监控模块联合进行多次试验，分别测量1、2和8个现场监控点同时发信时传输信号的误码率。情况如下：表6-12远端监控通信测试结果表测量次序1234561监控点通讯误码率1.46E-111.53E-111.66E-111.35E-111.26E-111.33E-11最大误码率1.66E-112监控点通讯误码率1.63E-111.28E-111.64E-111.74E-111.50E-111.53E-11最大误码率1.74E-118监控点通讯误码率1

47、.72E-111.88E-111.85E-111.42E-111.64E-111.69E-11最大误码率1.88E-11制表人：卓定明 制表时间：2016年07月20日图6-19 通讯误码率对比示意图检查结果：通讯误码率2.5*10-11。分目标实现！（五）装置整体安装及运行联调（1）实施过程绘制装置各部件联络安装图图6-20 装置整体联络安装图现场传感及控制装置完整封装图6-21 小组成员组装现场控制模块对退运断路器液压机构安装人为注油孔，并安装监测装置 图6-22 机构箱安装装置 图6-23 布线穿管调通（2）分目标效果检查小组成员开展14组试验，静压箱内温度为25（加热器工作情况下），相

48、对湿度6061%，以1分钟为最长等待观察时间，统计结果如下：表6-13 整组装置试验结果统计表次序注油量（ml）监测情况响应时间（s）次序注油量（ml）监测情况响应时间（s）10810242291025341010244658111026584512202069301330197928144018制表人：罗斐 制表时间：2016年07月27日图6-24 装置响应时间示意图检查结果：监测装置能有效监测10ml及以上油量的液压油并发出告警信号，统计得出监测装置最长反应时间为26s，因此整体目标实现！七、效果确认断路器液压油渗漏监测装置安装调试完成后，小组成员于2016年8月11月对其进行效果确认。

49、确认方法：在3台断路器机构箱中安装断路器液压油渗漏监测装置，每月随机抽取5天在机构箱内人工放置含10ml及以上液压油的试验皿，观察并记录断路器液压油渗漏监测装置响应时间是否为30s以内。（一）目标值确认小组成员按照确认方法对断路器液压机构渗漏油在线监测装置进行了测试，具体测试结果如下表所示：表7-1 断路器液压油渗漏监测装置告警次数及发信时间统计表月份断路器编号注油编号测试油量箱内平均温度相对湿度是否响应响应时间8月1112 ml3166%是23.4s213 ml3364%是21s313 ml3365%是20.1s413 ml3266%是20.2s510 ml3464%是22.1s2110 m

50、l3166%是23.8s212 ml3266%是23.2s312 ml3464%是21.1s414 ml3464%是21.4s515 ml3365%是19.9s3111 ml3363%是21s212 ml3363%是23.8s313 ml3263%是21.4s413 ml3363%是21.7s510 ml3264%是23.6s统计1015ml31-3463-66%19.9-23.8s9月1115 ml3462%是19.8s213 ml3362%是20.2s312 ml3362%是24.3s412 ml3363%是23s513 ml3263%是20.2s2110 ml3363%是24.3s212

51、 ml3264%是21.4s313 ml3463%是21.7s414 ml3364%是20.1s513 ml2969%是21.4s3114 ml3365%是18.8s213 ml3166%是22.1s续表月份断路器编号注油编号测试油量箱内平均温度相对湿度是否响应响应时间9月3310 ml3364%是24.4s411 ml3365%是20.8s512 ml3266%是21.6s统计1015ml31-3462-69%18.8-24.4s10月1112 ml2865%是23s214 ml3062%是21s313 ml3264%是19.8s413 ml3068%是21.7s512 ml2961%是23

52、.6s2113 ml3067%是23.8s214 ml3168%是19s315 ml3064%是19.8s410 ml3067%是21s512 ml3163%是19.8s3114 ml3067%是21.2s212 ml2968%是23.4s312 ml3068%是22.8s412 ml3165%是22s513 ml3068%是23.1s统计1015ml29-3261-68%19.8-23.8s11月1110 ml2665%是23s213 ml2862%是21s313 ml2464%是23.8s413 ml2460%是23.7s513 ml2363%是23.2s2112 ml2462%是21.1

53、s214 ml2265%是20.2s315 ml2166%是22.4s412 ml2962%是22.6s512 ml2165%是23.8s3115 ml2266%是20.2s续表月份断路器编号注油编号测试油量箱内平均温度相对湿度是否响应响应时间11月3213 ml2164%是23.4s310 ml2063%是23.6s412 ml2165%是20.7s512 ml2066%是24.1s统计1015ml16-3160-66%20.2-24.1s制表人：晏结钰 制表时间：2016年11月07日图7-1 监测响应时间目标确认通过以上数据可知，安装渗漏油在线监测装置后，对液压油渗漏量的监测响应时间最大

54、为24.4秒，小于30秒。目标实现， QC活动成功！（二）效益分析1、活动成本表7-2 活动成本统计表序号渗漏油在线监测装置的构成数量费用（元）1气体传感器164212信号处理器12983微弱信号放大电路11404处理控制芯片12385传递回路配件1606其他配件1233合计7390制表人：晏结钰 制表时间：2016年11月08日2、经济效益惠州供电局变电管理一所从2016年11月09日开始，在所辖范围变电站内对断路器液压油渗漏监测装置进行了推广应用。截止至2017年01月26日，装置共成功监测5起断路器液压油渗漏缺陷，由于发现及时，避免了设备的长期持续性损耗，推广期间已有效节约设备维护检修费

55、用共31916元，具体如下表7-3，经济效益明显，具有长远的工程应用前景。经济效益应用证明如附录中的附图1所示。表7-3 经济效益统计表次序电压等级断路器编号液压机构总成本（万元）长期损耗经验系数及时修复损耗系数监测装置成本（万元）节省费用（元）1220kV47109.80.180.0160.73986822220kV47119.60.180.0160.73983543220kV26158.70.150.0090.73948774220kV42138.40.160.0110.73951265220kV26168.70.150.0090.7394877统计节省费用（元）31916制表人：罗斐 制

56、表时间：2016年11月08日3、无形效益装置在生产实际中应用并取得良好成效后，小组成员将断路器液压油渗漏监测装置设计及制作资料整理成册，在技术期刊上发表了两篇论文：图7-2 论文录稿证明申报并获得了国家实用新型专利：图7-3 专利证书八、标准化（一）持续跟踪检查为了检验成果是否持续有效，小组成员继续对2016年12月中断路器液压油渗漏监测装置运行情况进行跟踪检查，检查情况如下：表8-1 断路器液压油渗漏监测装置跟踪检查统计表断路器编号测试日期箱内温度现场湿度响应时间112.012163%22.7s12.082062%23.4s12.151963%24.2s212.011963%23.8s12

57、.082062%23.2s12.151962%24.7s312.012063%23.2s12.082163%22.8s12.152063%25.0s 注：对安装有断路器液压油渗漏监测装置的三组断路器每7天进行一次10ml注油测试，检查是否能够正确迅速响应。制表人：晏结钰 制表时间：2016年12月18日由以上统计表可知道：安装渗漏油在线监测装置后，液压油渗漏的监测响应时间小于30秒，满足目标要求，成果装置运行稳定，持续有效。（二）编制标准化文件在该项目经过验证到达预期效果后，小组将断路器液压机构渗漏油在线监测装置的设计图整理成册，并编写了设备标准化管理要求和断路器液压油渗漏监测装置技术说明书。

58、图8-1断路器液压油渗漏监测装置设计图 图8-2断路器液压油渗漏监测装置技术说明书（三）定期维护按照设备标准化管理要求，对装置进行定期检查维护，确保装置工作正常。装置试运行期间，每周检查一次；正常投运后，每月检查一次。图8-3 维护记录表（四）推广培训为了巩固QC活动成果，小组成员在惠州供电局变电管理一所技术分享发布会上将液压油渗漏监测装置的功能原理及运维要点作专题研讨报告，开展QC成果的推广交流和应用培训。图8-4 QC成果推广培训现场图九、活动总结及下一步打算1、活动总结此次QC活动，小组成员通过研制断路器液压油渗漏监测装置，成功解决了断路器液压油渗漏情况不易观察及发现不及时问题。在活动过

59、程中，小组成员分工合作，各展所长，充分发挥了各自的主观能动性，提高了小组的团队合作精神以及小组成员分析问题、解决问题的能力。同时，我们也找到了努力和改进的方向。表9-1 活动总结表序号改进方面内容优点缺点努力方向1专业技术运用电力电子专业技术知识解决电力生产安全问题。小组成员通过深入学习钻研，进一步掌握了电力电子设计、制作相关知识，以及深入了解了断路器液压机构内部结构原理，为今后开展安全生产工作打下了基础。对装置的制作、安装工艺掌握还不够全面。拓展思路，主动了解各类专业知识并加以利用，使研发的装置更完善。2管理技术运用PDCA循环法，组织开展QC活动。以专业理论为依据，并在实践中检验成果的正确

60、性和有效性。在QC活动效果检查方面还不够全面。应更加重视QC活动效果检查环节，确保活动成果的有效性。3综合素质创新意识、团队意识，质量意识，持续改进意识等方面。各方面均有很大提高，特别在团队意识方面，充分的发挥了团体的智慧。对活动经验的传承做得不够。进一步加强巩固活动创造的无形效益。2、下一步打算在今后的工作中，小组将继续围绕变电站生产工作中的安全问题进行研究，广泛开展QC活动，通过技术创新消除安全隐患。我们下一次QC活动的课题是：研制新型变压器呼吸器装置附录附表1：信号处理时间试验正态分布趋势分析组数数据下限值数据上限值频数正太分布曲线175.376.310.01310276.377.420