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：国网宁夏电力公司石嘴山供电公司变电检修室小组名称变电二次运检二班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[2012]303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，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ARM 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：2015.05.263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-55℃～70℃-50℃～70℃电寿命100000次150000次体积43*81*145mm 34.5*34.5*52mm 市场价格150~200元/个20~30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: 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灯φ8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:5~10元/个3、价钱低廉 制表: 陈涛 时间：2015.05.267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φ12 工作电压:DC220V直径:22m市场价格:5~10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：2015.05.268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250mm110mm210mm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250mm210mm110mm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，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：2015.05.264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。
