研制智能分合閘線圈保護與故障診斷裝置-國網(wǎng)寧夏電力公司石嘴山供電公司變電檢修室變電二次運檢二班QC小組

研制智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置國網(wǎng)寧夏電力公司石嘴山供電公司變電檢修室變電二次運檢二班 QC小組（一） 小組概況：國網(wǎng)寧夏電力公司石嘴山供電公司變電檢修室小組名稱變電二次運檢二班QC小組活動課題名稱研制智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置注冊時間2015年2月1日課題類型創(chuàng)新型活動次數(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全面負責(zé)陳濤男本科副組長設(shè)計方案王學(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施高奇男研究生組員具體實施張雷男本科組員具體實施湯超男本科組員具體實施侯雨辰男本科組員具體實施李岳峰男本科組員具體實施劉濤只男研究生組員資料收集王景波男本科組員資料收集孫夢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情況2014年，“新型非全相保護時間繼電器裝置”項目獲得寧夏電力行業(yè)QC一等獎。2014年，“新型非全相保護時間繼電器裝置”項目獲得石嘴山市五小一等獎。2015年，“新型非全相保護時間繼電器裝置”項目獲得國網(wǎng)公司QC三等獎。2015年，“新型非全相保護時間繼電器裝置”項目獲得全國電力行業(yè)QC二等獎。2015年，“智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置的研制”項目獲得寧夏電力行業(yè) QC一等獎。2015年，“智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置的研制”項目獲得石嘴山市五小一等獎。2015年，“智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置的研制”項目獲得國網(wǎng)寧夏電力公司五小一等獎。（二）報告正文一、選擇課題（一）.課題背景國調(diào)中心第[2012]303號文件印發(fā)的《變電站典型信息表（試行）》規(guī)范中將“控制回路斷線”信號歸為第二級的"異常"類型，必須立即處理?！秾幭碾娋W(wǎng)地區(qū)調(diào)控機構(gòu)集中監(jiān)控缺陷管理規(guī)定（試行）》第十二條將控回斷線歸類為危急缺陷，根據(jù)該規(guī)程要求必須立即趕往現(xiàn)場處理，處理時限不得超過24小時。但是由于故障可能發(fā)生在保護裝置部分也可能發(fā)生在斷路器本身跳合閘回路上，因此需要保護人員和檢修人員共同趕到現(xiàn)場處理。然而一般故障點只有一處，這就造成了人員的極大浪費，工作人員和車輛需增加一倍，并且增加了隱患排查時間。（二）.調(diào)查分析石嘴山電網(wǎng)下轄56座變電站，近12月石嘴山電網(wǎng)全年控回斷線缺陷

1900個斷路器，201463次，造成經(jīng)濟損失近

年1月至24萬元.（三）課題確定查新表明國內(nèi)目前無斷路器分合閘線圈保護及控回斷線故障診斷裝置。研制一種裝置，可以在斷路器機構(gòu)卡澀或控制回路異常時，保護分合閘線圈不被燒毀，并且在控回斷線時能夠快速判斷故障區(qū)域，以減少消缺時間和所需的人力。二、設(shè)定目標（一）目標研制一種保護裝置能防止控制回路中電流過大或電流持續(xù)時間過長導(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，減少控回斷線故障時，出勤的人數(shù)。具備告警和上送故障信號的功能。（二）目標值保護動作電流、動作時間的誤差低于5%的國網(wǎng)要求。保護分合閘線圈正確動作率達到100%，將分合閘線圈燒毀的概率降低到0%；控制回路故障區(qū)域判定準確率達到100%，減少50%以上的查找控回斷線缺陷所需的人力、物力。（三）目標可行性分析理論基礎(chǔ)目標硬件條件可行性技術(shù)支撐分析材料選擇

理論方面已存在單片機或ARM自檢算法、分合閘回路保護理論成熟、控制回路斷線判據(jù)方法經(jīng)過現(xiàn)場多年檢驗、有扎實的二次回路知識基礎(chǔ)。硬件方面對現(xiàn)有的ARM或者單片機開發(fā)板進行硬件改造，應(yīng)能達到要求。目QC小組的“新型非全相保護時間繼電器裝置的研標可制”、“新型接地語音告警裝置”、“保護校線行儀”等課題獲得全國、國網(wǎng)公司及寧夏電力公司QC一等獎等多項榮譽，技術(shù)力量雄厚。市面上現(xiàn)有成熟的PLC和單片機開發(fā)板，有專門的印刷電路板廠家，班組庫房內(nèi)各種材料充足。圖1可行性分析圖制圖：陳海東時間： 2015.02.28三、提出各種方案并確定最佳方案（一）裝置親和圖智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置的研制基本功能附加功能具有顯示采樣、整定值能夠遠方查看裝置狀態(tài)的功能能夠上傳遙信信息有可以實現(xiàn)遠方復(fù)歸的功能當控制回路中電流過大時瞬時跳開控制回路有可以儲存多條報文的功能當控制回路一直帶電時帶延時跳開控制回路有能進行夠裝置自檢的功能具備初步判別控回斷線故能夠在裝置異常時上報告警障區(qū)域的功能信息研制要求使用要求采用PDCA循環(huán)接線方便牢靠精心選擇最佳方案體積適中，方便安裝能可靠應(yīng)用于現(xiàn)場結(jié)實不易破損積極申請專利界面簡潔，符合操作習(xí)慣使用最高標準和質(zhì)量的繼電擁有告警指示燈、動作指示器和節(jié)點保證不拒動不誤動燈、動作指示燈

安全要求動作后可以遠方或就地復(fù)歸裝置和信號有避免防止誤操作的功能故障情況下可靠開端控制回路外殼有接地功能故障診斷功能可以可靠判斷管理要求使用6s管理方法，嚴格控制設(shè)計、施工工藝保證產(chǎn)品的安全可靠研發(fā)和設(shè)計中合理使用頭腦風(fēng)暴法，將豐富設(shè)備功能正確使用統(tǒng)計和分析工具、便于6s管理圖2裝置研制親和圖制圖：陳海東時間： 2015.03.01（二）.提出方案方案 第一級智能分合閘線 裝置功能圈保護及故障診斷裝置的研制裝置外觀

第二級第三級第四級測量分合閘回路電流，過流及延時保護功能來切斷分合閘回路，電流、延時可整定。通過測量關(guān)鍵部位電位、以及開關(guān)智能芯片選擇故障診斷分合位開入來判別控回斷線故障區(qū)電源形式選擇域，并顯示故障區(qū)域。如果單片機發(fā)生故障，或者看門口中間繼電器選擇自檢功能程序失效，發(fā)出報警信號，有告警元器件選擇電流采樣模塊選擇指示。液晶顯示器選擇能夠顯示裝置動作報文、故障診斷指示燈選擇報文顯示結(jié)果，記錄動作電流大小，動作時間，并且能記錄300條報文。按鍵選擇上傳信號通過信號繼電器接入測控，實現(xiàn)信號上傳，調(diào)度監(jiān)控。裝置外形設(shè)計裝置外觀材料選擇圖3方案分解 制圖：張鍇時間 2015.3.1（三）確定最佳方案智能芯片選擇小組成員對智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置的智能芯片進行討論，主要有三個芯片：電流型時間繼電器、ARM、單片機。通過對以上三種方案的實驗和分析，小組成員決定將方案三單片機式智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置作為我們小組的實施方案。對三種芯片分別進行50次實驗，主要對動作電流和動作時間進行了統(tǒng)計，繪制了如圖4：圖4單片機動作時間、動作電流頻次圖制圖：陳濤時間 2015.05.25通過計算，最終選擇各項指標均達到要求的單片機作為芯片。電源形式選擇表1電源的選取電源形式優(yōu)缺點分析結(jié)論優(yōu)點：1、取用簡單。不缺點：1、受現(xiàn)場約束。交流220V采無法串入控制保護回路中，且能造成交直流混用。用3、給單片機供電時，需要整流、降壓等過程才能實現(xiàn)。優(yōu)點：1、不存在交直流混用。缺點：1、受現(xiàn)場約束，現(xiàn)有控制回路采用直流220V不直流110V作為控制電源，取110V直流電源須增加線芯取地電位，采元器件損壞時易造成直流接地。用2、給單片機供電時，需要降壓等過程才能實現(xiàn)。優(yōu)點：1、不存在交直流混用。直流220V2、控制回路本來用的就是直流220V，取用方便，不受采現(xiàn)場情況約束。用缺點：1、給單片機供電時，需要降壓等過程才能實現(xiàn)。制表: 湯超時間：2015.05.26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歐姆龍東芝HF118F-024-1ZS1EMI-SH-2110D10A250V工作電壓DC220VDC220V節(jié)點數(shù)目2常開2常閉節(jié)點2常開2常閉節(jié)點動作時間25ms以下25ms以下返回時間25ms以下25ms以下觸點切換250V250V元件參數(shù)電壓周圍環(huán)境-55℃～70℃-50℃～70℃溫度電壽命100000次150000次體積43*81*145mm34.5*34.5*52mm市場價格150~200元/個20~30元/個優(yōu)點：1、電氣性能優(yōu)點：1、電氣性能良好，良好，符合標準符合標準,電壽命好方案評估2、2常開2常閉節(jié)2、2常開、2常閉節(jié)點，點，滿足設(shè)計要求。滿足要求。缺點：1、體積較大3、外型透明，體積合適，2、市場價格較高 價錢低廉結(jié)論 不采用 采用制表: 湯超時間：2015.05.26電流采樣模塊選擇表3電流采樣模塊的選取方案 LZ812CV HCS-LTS-06A待選元器件1.采樣線性度較好，可1.精度高，采樣線性度較用于弱直流電流采集、好，符合要求。2.小型化逆變電源及太陽能電易于PCB板安裝。3.低功方案優(yōu)點源。2.小型化易于安耗、衰耗低。4.較強的電裝。3.功耗低。流過載能力。5.安全性較高。精度較低，通常應(yīng)用于方案缺點變頻家電領(lǐng)域是否選用 不采用 采用制表: 張雷時間：2015.05.26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1、彩色顯示，顯示清晰。 2.漢子圖形點陣液帶有完整的字庫，所有字符晶顯示，可顯示所和圖形均可以顯示。 3、經(jīng)方案優(yōu)點 有字符。2.背景顏試驗無顯示錯誤情況。 4、亮色為灰色或者藍度高，功耗小，壽命長，耐色。沖擊，性能穩(wěn)定。不能彩色顯示、圖方案缺點形、標示符等。是否選用 不采用 采用制表: 陳海東時間：2015.05.26指示燈選擇表5指示燈的選取待選元器型號元件參數(shù)方案評估結(jié)論件廠家工作電優(yōu)點:防水壓:DC220V1指示、工作電壓適合直徑:22mm采用燈φ82、性能穩(wěn)定市場價格:5~103、價錢低廉元/個制表: 陳濤時間：2015.05.267按鍵選擇表6按鍵的選取待選元器件型號元件參數(shù)方案評估結(jié)論廠家優(yōu)點:工作電壓:防水DC220V1、觸點采用銅基復(fù)合點，通斷可靠。采按鍵直徑:22mφ12市場價2、性能穩(wěn)定，1常用開1常閉節(jié)點。格:5~10元/個3、價錢低廉。制表: 張鍇時間：2015.05.26裝置外形設(shè)計表7裝置外觀的選取方案 方案一 方案二210mm110mm封閉箱體液晶顯示屏液晶顯示屏外觀設(shè)計圖

上國網(wǎng)寧夏電力公司石嘴山供電公司210mm確復(fù)返定歸回250mm下國網(wǎng)寧夏電力公司石嘴山供電公司110mm250mm按照回路設(shè)計要求1.按照設(shè)計要求和所選元件進行方案優(yōu)點 和所選擇的元件進行 布局，將所有元件安裝在面板上。布局，將所有元件及信 2.裝置外觀為箱式，箱門即為面息直觀顯示在面板上。板。3.箱體內(nèi)設(shè)置背板，將其余2.裝置外觀設(shè)計為箱繼電器等元件裝在背板上，節(jié)約式，成本低廉?？臻g。4.將接線排設(shè)計在箱子背面，節(jié)約空間，又方便二次接線。5.裝置尺寸利于現(xiàn)場安裝1。裝置高度過高，不方案缺點利于現(xiàn)場安裝。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:陳海東時間：2015.05.26最佳方案的確定及分解通過分析及評估，小組成員確定了實現(xiàn)目標的最佳方案，并對最佳方案進行分解，得到具體方案。元 元 元 元 元

元元元元元元元元STM32103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φ8元元元φ12圖5確定最佳方案制圖：陳濤時間： 2015.06.10四、制定對策表表8最佳方案對策實施表最佳地責(zé)任完成對策目標措施方案點人員時間繪制為裝置的分合閘裝置線圈保護功能、設(shè)計裝置工作原辦公高奇2015.6.25工作故障診斷功能提理圖原理室供原理支持。圖單片1、設(shè)計裝置電源機式創(chuàng)繪制制作智能分合閘回路智能2、設(shè)計裝置控制新逯洋印刷線圈保護及故障實趙小2015.6.28分合電路診斷裝置的印刷部分閘線3、顯示回路驗龍板圖電路板圈保4、裝置硬件總圖室護及1、設(shè)計軟件主流故障診斷實現(xiàn)分合閘線圈程圖創(chuàng)保護功能、故障2、設(shè)計單片機自裝置新設(shè)計診斷功能、單片檢運行規(guī)則李岳2015.6.293、設(shè)計保護邏輯實軟件機自檢功能、報峰文顯示功能、信4、設(shè)計故障診斷驗室號上傳功能邏輯5、編寫軟件代碼（1）符合相關(guān)1、制作外殼規(guī)范要求，見注電2、按照設(shè)計正確組裝1。高奇氣調(diào)試（2）元件布局牢靠安裝各元件李岳2015.7.253、正確接線并調(diào)公峰合理、運行穩(wěn)定、試司美觀大方。1、檢查智能分合創(chuàng)智能分合閘線圈閘線圈保護出口新陳海正確率達到100%功能保護及故障診斷實東侯2015.8.4試驗裝置正確動作率2、故障診斷裝置驗雨辰達到100%正確動作率是否室達到100%制表: 劉濤只時間：2015.06.19五、按對策表實施（一）對策實施一：設(shè)繪制裝置工作原理圖計裝置工作原理圖單片機式智能分合閘線圈保護及故障診斷裝置工作原理如圖 9，主體為單片機控制的兩個帶復(fù)歸功能的中間繼電器T1、T2，作用為在分合閘回路故障時切斷分合閘回路，保護分合閘線圈。分合閘線圈保護器采集電流單片機檢測7對地電壓檢測5對地電壓檢測2對地電壓-110保護裝置檢測37對地電壓、 遠方復(fù)歸開入開關(guān)位置開入

開關(guān)機構(gòu)檢測3對地電壓單片機單片機低電壓繼電器檢測直流電壓單片機電源

+110

-110單片機輸出節(jié)點節(jié)點節(jié)點節(jié)點節(jié)點節(jié)點節(jié)點

單片機電源圖6裝置硬件原理圖制圖：高奇時間： 2015.6.20設(shè)計裝置電源回路圖7裝置電源回路 制圖人：趙小龍時間：2015.6.20設(shè)計裝置控制信號回路圖8控制信號回路 制圖：王景波時間：2015.6.22顯示回路圖9顯示回路 制圖：王景波時間：2015.6.22裝置硬件總圖圖10硬件總圖 制圖：陳海東時間 2015.6.22印刷電路板圖11印刷電路板圖 制圖：高奇時間：2014.6.25對策實施一檢查利用Protel軟件對電路回路進行仿真，結(jié)果表明該原理圖能符合實際，模擬控制回路過流狀態(tài)時，保護裝置能夠正確出口，動作燈、告警燈、動作邏輯正確，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)計軟件設(shè)計軟件主流程圖開始單片機是否正 否 故障告警裝置常運行 Alarm 燈亮液晶顯示器初始化是顯示保護定值，采樣電流故障診斷程序 保護程序是否滿足判定 是否滿足動作 否條件 條件是進行故障區(qū)域判別 保護動作圖12軟件流程圖 制圖：張鍇時間：2015.06.27設(shè)計單片機自檢規(guī)則元元元元元元元元元元CPU元元元元RAM 元元元元RAM 元元元元元元元元圖13自檢規(guī)則流程圖 制圖：王景波時間： 2015.6.28設(shè)計保護邏輯原理元元元元元元≥元元1>=1 元元元元元元元元元元元元元>元元t102元元元元元元≥元元1>=1 元元元元元元元元元元元元元>元元t202設(shè)計故障診斷邏輯原理TWJ=0節(jié)點37電壓≦0>=1300ms0開關(guān)分閘回路異常節(jié)點3電壓0節(jié)點37電壓0300ms0TWJ=0>=1保護分閘回路異常TWJ=0 >=1 300ms 0 分閘回路繼電器異常保護跳閘動作節(jié)點 3<0節(jié)點7電壓 >0TWJ=1>=1節(jié)點7電壓≦0重合閘動作TWJ=1>=1300ms0保護合閘回路異常&300ms0開關(guān)合閘回路異常重合閘動作節(jié)點5電壓≧0編寫軟件代碼圖14軟件主程序部分截圖 制圖：李岳峰時間：2015.07.09對策實施二檢查軟件能夠在開發(fā)板上運行正常，自檢規(guī)則正確，不出現(xiàn)“跑死”情況，并滿足動作邏輯需求,故障區(qū)域診斷正確。(三)組裝調(diào)試制作外殼智能分合閘線圈保護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.對策實施三檢查將各個模塊合理安裝，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1檢查智能分合閘線圈保護出口正確率達到 100%表9采樣校驗幅值（A）幅值（A）幅值（A）項目采樣量要求結(jié)論1∠0°5∠0°10∠0°電流回分閘回0.98I1∠0°5∠0°10∠0°<Im<1正確路采樣路合閘回

.02I1∠0°

5∠0°

10∠0°

正確路項目 采樣量 +110（V）+30（V） -30（V） 要求 結(jié)論2電位+110+30-30正確3電位+110+30-300.95U正確電壓回5電位+110+30-30<Um<1正確路采樣.05U7電位+110+30-30正確37電位+110+30-30正確制表：陳濤時間：2015.08.092檢查裝置故障診斷正確率達到100%表10故障診斷邏輯動作原理2不3帶5帶7帶3737開合動項3帶帶帶關(guān)閘作顯示報帶正負正目負電正負合動節(jié)文電電電電電電位作點保護合1----x--x*1閘回路異常開關(guān)合2----*--x*2閘回路異常開關(guān)合3 * - - x - - - * - 2 閘回路異常開關(guān)分4 - - - - - * - * x 4 閘回路異常保護分5 - - * - - - * - 5 閘回路異常制表：陳濤時間：2015.08.09六、確認效果（一）現(xiàn)場使用檢查小組在得到批準后，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電容器停電檢修機會對裝置進行了現(xiàn)場的使用檢驗，以檢查裝置的實際效果，達到預(yù)期目標。（二）效益檢查安全效益通過新裝置的應(yīng)用，提高了控