论文

运行中单只蓄电池更换装置的研制报告

申请人：王  云

学科（专业）：电力系统及其自动化

指导教师：陈国联  

20##年2月

题目：运行中单只蓄电池更换装置的研制报告

学科（专业）：电力系统及其自动化

申请人：王  云

指导教师：陈国联

摘  要

随着社会的不断发展，对电力系统供电质量的提高，对直流供电系统质量也随着提高；大家都知道，直流系统是变电站的心脏，很多全站停电事故、电网事故是由于直流系统故障引起的，目前，电力公司在更换运行中的单只蓄电池或打磨蓄电池连接头时，均采用停用全站所有的重合闸和自投装置，并短时停用蓄电池组，用充电机带直流负荷的方式来更换单只蓄电池，由于交流电源的不可靠性，容易造成操作母线失电，并且给变电站的值班人员增大了工作量，频繁操作容易造成误操作，而引起事故的发生，造成电网事故，为了提高直流供电的可靠性，需要在运行中对单只蓄电池更换和电池连接头进行打磨。针对上述已有技术存在的缺陷，本装置所要解决的技术问题在于提供一种操作可靠，使用方便的不断电替换运行中蓄电池组故障电池的装置。本实用装置涉及电力技术，具体涉及利用整流元件实现的不断电替换运行中蓄电池组故障电池的装置。装置实现了在不改变直流系统运行方式情况下进行检修，不需停用重合闸，不影响蓄电池组向控制母线供电，大大提高了检修过程中的安全系数，值得以后再进行深入研究和推广。

关键词：；运行中替代蓄电池；带电接头打磨；可靠性；推广

目  录

摘  要... I

1  研制运行中单只蓄电池更换装置的提出... 5

1.1 问题的提出... 5

1.2  成立QC小组... 5

1.3确定课题... 6

1.4  设定课题目标... 6

1.4.1 课题目标... 6

1.4.2 目标值... 6

2  分析原因... 7

2.1 当前更换单只蓄电池工作的现状... 7

2.2 对策方案的提出及可行性分析... 7

2.2.1对策方案的提出... 7

2.2.2 各对策方案的可行性分析及评估... 8

2.2.3 确定可采用方案的研制顺序... 8

3  解决问题的方式及方法... 9

3.1第一方案的研制... 9

3.1.1  制定第一方案的对策计划... 9

3.1.2  按第一方案的对策计划实施... 9

3.1.3  试验验证... 10

3.2 第二方案的研制... 10

3.2.1制定第二方案的对策计划... 10

3.2.2按第二方案的对策计划实施... 11

3.2.3试验验证... 11

3.2.4 装置的组成及原理... 12

3.2.5 具体实施方式... 13

4  实际效果... 13

4.1 固定装置加工... 13

4.1.1 设计接线图... 14

4.1.2实物加工... 14

4.1.3运行中单只蓄电池更换装置的所有元件清单如表3所示：... 16

4.2  效果检验... 17

4.2.1与设定的目标对比... 17

4.2.2现场的应用验证... 17

4.3 取得效益... 18

4.3.1经济效益估算... 18

4.3.2社会效益... 19

4.4  巩固措施... 19

4.4.1运行中单只蓄电池更换装置操作规程... 19

4.4.2 制定了该装置的保养维护制度... 20

4.5  下步打算... 20

5　致    谢... 20

参考文献... 21

1  研制运行中单只蓄电池更换装置的提出

1.1 问题的提出

变电站内的直流系统是电力系统的重要组成部分，它为变电站内的控制系统、信号系统、操作系统提供直流电源。直流系统包含充电电源和蓄电池组两部分，平常蓄电池处于浮充状态，主要的直流负荷由充电电源提供，当充电电源故障或系统需要提供大容量直流功率时，由蓄电池提供。

由于蓄电池在运行中有可能出现缺陷而需要更换，目前重庆市电力公司各供电局在更换运行中的单只蓄电池时，一律采用短时停用蓄电池组更换，用充电机供全部直流负荷，因此必须停用电磁机构断路器的重合闸及其自投装置。

基于直流系统在电力系统中的极端重要性，这种传统方法极大地影响了电网的运行安全：

（1）由于交流电源的不可靠性，容易造成直流电源供电中断，操作母线失电，造成继电保护系统失灵，势必造成故障越级跳闸，扩大电网事故范围；

（2）停用电磁机构断路器的重合闸和自投装置的工作步骤非常繁琐，增加了变电站的值班人员的工作量，频繁的操作也容易造成误操作，而引起事故的发生；

（3）停用电磁机构断路器重合闸后在线路跳闸时将延长线路停电时间，降低线路运行可靠性，损失该线路的对外售电量。

为此，为了提高变电站直流电源供电的可靠性，简化蓄电池更换人员和运行人员的工作，需要对现有的对单只运行蓄电池更换方法进行改进，并且研制出新的单只蓄电池更换方法和装置。

1.2  成立QC小组

表1  小组成员概况表

1.3确定课题

本次革新是为了提高直流系统的可靠性，简化蓄电池更换人员和运行人员的工作，需要对现有的对单只运行蓄电池更换方法进行革新，并研制出新的蓄电池更换装置。因此，小组确定课题题目为运行中单只蓄电池更换装置的研制。

1.4  设定课题目标

     1.4.1 课题目标

改进目前运行中蓄电池组单只电池的更换方法，并制造出相应的单只蓄电池更换装置。

     1.4.2 目标值

1）不停用蓄电池组；

2）不停用电磁机构断路器的重合闸及自动装置。

2  分析原因

2.1 当前更换单只蓄电池工作的现状

以下是直流班在近几年蓄电池检修工作所遇到的问题：

由以上调查可知，现行的更换运行中单只蓄电池方法，工作量大，操作复杂，工作周期长，并且容易造成电网事故。

2.2 对策方案的提出及可行性分析

     2.2.1对策方案的提出

由于市场上从未生产、销售过可带电更换单只蓄电池的工具，没有可直接借鉴的产品。于是小组召开讨论会，针对更换单只蓄电池装置这个课题，提出对策方案。经过热烈讨论，共提出三个具体方案，整理成树图：

 

   

2.2.2 各对策方案的可行性分析及评估

经过可行性分析，小组成员集思广益，小组主要成员对三个对策方案进行了评估打分。结果见表2。

表2  各对策方案的可行性分析及评估表

注:表中◎5分，○3分，△1分

评估结果：

综合得分满分应是160分，我们把得分率超过60％即96分以上作为可采用的方案，则为可采用方案，2号方案为不采用方案。

2.2.3 确定可采用方案的研制顺序

通过评估，我们确定采用1号、3号两个方案。为此小组决定集中优势兵力打歼灭战，按先易后难的原则，一个一个进行研制，验证其效果。并明确，如果第一方案研制就已经圆满地达到了目标要求，则第二方案就不再进行研制。若第一方案未能达到目标要求，就进行第二方案的研制。

两个方案的排队顺序按表中难易度的评分为：

1、加装同型号蓄电池进行过渡。                  难易度评分：28

2、加装二极管进行过渡。                        难易度评分：26

因此第一方案为加装同型号蓄电池进行过渡,第二方案为加装二极管进行过渡。

3  解决问题的方式及方法

3.1第一方案的研制

3.1.1  制定第一方案的对策计划

3.1.2  按第一方案的对策计划实施

小组对第一方案的具体构造进行研究讨论，取得一致意见后，用一周的时间，设计了加装同型号蓄电池进行过渡的原理图，如图1所示：

图1  蓄电池过渡原理图

设计出原理图后，小组根据原理图制造出了相应的简易装置

3.1.3  试验验证

制造安装调试完毕后，小组于20##年2月28日，在35kV龙河变电站进行了试验验证。

验证结果：

（1）使用蓄电池作替代，制作成装置较困难，携带不方便；

（2）不同变电站需要配备不同型号的蓄电池，并且需要定期对替代用的这部分蓄电池进行充电维护，以保证其容量，增大了工作量，而且还需要相应的场地和充电设备，大大增加了成本。存在问题：制造不便，维护成本高、工作量大。

结论：未能达到预定目标。

3.2 第二方案的研制

3.2.1制定第二方案的对策计划

3.2.2按第二方案的对策计划实施

小组对第二方案的具体构造进行研究讨论，取得一致意见后，用一周的时间，设计了加装二极管进行过渡的原理图，如图2所示：

图2  二极管过渡原理图

设计出原理图后，小组根据原理图制造出了相应的简易装置

3.2.3试验验证

制造安装调试完毕后，于20##年4月12日，在35KV龙河变电站进行了试验验证。

验证结果：

（1）操作方便，体积小，若做成固定的装置，便于携带；

（2）二极管在工作中发热量小，通过使用二极管的单向导通性能，可以实现反向报警的功能，安全系数高；

（3）针对不同的蓄电池，只需要用同一种型号、容量足够的二极管都可以进行替代工作，从而降低了成本。

存在问题：需完善装置的极性判断、接线错误报警等功能，装置外部接线需简化。

结论：该方案是两个方案中最好的一个，基本上达到预定的目标，但必须把固定的装置加工出来，才能使运行中单只蓄电池更换装置的研制取得圆满成功。

3.2.4 装置的组成及原理

图3原理方框图

参见图3,本实用新型所述的不断电替换运行中蓄电池组故障电池的装置，包括：1—判极电路、2—第一替换电路、3—第二替换电路、4—显示电路。

判极电路1并联连接在故障蓄电池5的两端，判断故障蓄电池的极性；

第一替换电路2通过开关K2与所述判极电路1并联，当判极电路1判断出故障蓄电池5极性正确后，第一替换电路2替代故障蓄电池5工作；

第二替换电路3通过开关K1与所述判极电路1并联，当第一替换电路2不工作时，第二替换电路2替代故障蓄电池5工作。

第一替换电路2控制显示电路4显示第一替换电路2的工作状态。

如图4所示：判极电路1由开关K3、二极管D5、限流电阻R1、指示灯串联构成，其中指示灯位于限流电阻R1和开关K3之间，开关K3的另一侧是二极管D5。

第一替换电路2由一个二极管或一个以上的二极管串联构成，二极管的P极通过开关K2接蓄电池的负极，二极管的N极通过开关K2接蓄电池的正极。

第二替换电路3由一个二极管或一个以上的二极管并联构成，二极管的P极通过开关K1接蓄电池的负极，二极管的N极通过开关K1接蓄电池的正极。

3.2.5 具体实施方式

将本实用新型所述的运行中的蓄电池组单只电池更换装置按图4所示进行连接，“判极开关”K3、二极管D5、限流电阻R1、指示灯H1串联构成判极电路1；开关K1、二极管D3、D4构成第二替换电路3，开关K2、二极管D1、D2构成第一替换电路2，指示灯H2、“故障指示灯”H3、限流电阻R2、R3、按钮开关SH、喇叭LN构成显示电路，合上“判极开关”K3、将连接线一端分别接于装置的“正极”、“负极”接线柱上，再将连接线的另一端分别夹在需要检修的蓄电池的正、负极处，指示灯H1应点亮；断开“判极开关”K3、指示灯H1熄灭，合上开关K2，指示灯H2发光，此时二极管D1、D2已替代了检修中的蓄电池，可以对蓄电池进行更换或接头打磨工作，工作过程中若遇保险FU1熔断情况，“故障指示灯”H3立即点亮，并发出报警信号，或检修过程中遇指示灯熄灭，“紧急开关”K1合上，此时，二极管D3、D4替代了检修中的蓄电池，确保了系统正常运行，待检修完后，合上“判极开关”K3，指示灯H1应点亮，确认蓄电池极性正确，断开“运行开关”K2、“紧急开关”K1，首先拆除夹在蓄电池处的连接线，再拆除装置接线柱一端的连接线，替代蓄电池工作结束。

4  实际效果

4.1 固定装置加工

4.1.1 设计接线图

小组对装置的原理接线图进行反复讨论，多次优化，20##年5月确定了最终接线图，见附图4

4.1.2实物加工

小组利用废旧电脑机箱作为设备机箱，按照装置的原理图自己进行加工，将各元器件固定在机箱上连接好。在加工过程中，QC小组克服了自己加工难度大的问题，充分考虑了各元器件的电气距离和绝缘的要求，查阅了技术参数，并向技术指导进行请教，解决了防误操作的技术难题，并在装置中增加了报警回路，确保了该装置在运用中的安全可靠。

装置外观图如图5所示，装置内部结构图如图6所示。

图4  装置原理图

图5  装置外观图

图6 装置内部结构图

4.1.3运行中单只蓄电池更换装置的所有元件清单如表3所示：

表3  运行中单只蓄电池更换装置的所有元件清单

4.2  效果检验

4.2.1与设定的目标对比

1、在不中断蓄电池组运行的情况下，可安全更换缺陷蓄电池。

2、更换过程中不需停用电磁机构断路器的重合闸和自投装置。

3、装置有误操作报警功能，安全系数高。

4、装置成本低。

装置设计完全达到设定目标的要求，还增加了防误操作、自动报警的功能。

4.2.2现场的应用验证

QC小组先后在35kV双龙变电站、龙河变电站现场进行带电更换蓄电池试验4次，跳合闸试验6次，经过我局总工程师和生产技术部相关人员的检验，确认该装置实现了在不改变直流设备运行方式的前提下顺利完成单只蓄电池带电更换的任务，实践表明该装置的研制取得圆满成功！

该装置研制成功后，即被广泛应用于我局实际工作中，极大地提高了更换蓄电池的工作效率。

经过申请，该装置获得了国家知识产权局颁发的实用新型专利证书，同时获得了重庆市电力公司科技进步三等奖。

实用新型专利证书

电力公司获奖证书

4.3 取得效益

4.3.1经济效益估算

（1）极大提高了更换运行中单只缺陷蓄电池工作效率，工作时间从原来的三天缩短为半天，节省了可观的成本费用。以长寿供电局为例，全局共有31个变电站，平均每站每年更换一次，每次节省车辆台班费用1050元，人工费400元，住宿费400元，合计全年节省57350元，全电力公司有12个供电局，全公司每年可以节约成本688200元。

（2）提高了电网运行的可靠性，减少了对外停电带给企业的经济损失，本项无法估算。

（3）如该装置制作成产品销售，每台利润5000元，每年生产销售150台，每年可以获利750000元。

4.3.2社会效益

（1）提高了电网设备的运行可靠性，保证了电网的健康安全运行，提高了供电质量，保障了用户的正常用电，有助于提升电力企业的外部形象。

（2）通过本次活动，增强了小组成员的质量意识，团队和作及集体攻关能力。

（3）该成果获得国家实用新型专利证书。

（4）该装置获得重庆市电力公司科技进步三等奖。

4.4  巩固措施

完善了装置的操作规程，并对职工进行培训，确保该装置的正确使用，操作规程如下所示：

4.4.1运行中单只蓄电池更换装置操作规程

1、 检查“紧急开关”、“运行开关”应在分位；“判极开关”应在合位；

2、 检查试验按钮，在按下时，“故障”指示灯应点亮，蜂鸣器应鸣叫；

3、 将连接线一端接于装置的“正极”、“负极”接线柱上，再将连接线的另一端分别夹在需要检修的蓄电池的正、负极处；

4、 检查“正向”指示灯应点亮；

5、 合上“运行开关”，“投入”指示灯应该点亮，并断开“判极开关”，“正向”指示灯应灭，此时二极管已替代了检修中的蓄电池，可以进行更换或接头打磨工作；

6、 待检修完应核对替代的蓄电池极性正确后，合上“判极开关”，确认蓄电池极性正确，“正向指示灯”应点亮；

7、 断开“运行开关”，首先拆除夹在蓄电池处的连接线，再拆除装置接线柱一端的连接线，替代蓄电池工作结束。

备注：1、工作过程中若遇保险熔断情况，“故障指示灯”立即点亮，并发出报警信号，或检修过程中遇“投入”指示灯熄灭，此时必须立刻合上“紧急开关”，确保系统正常运行；

 2、替代工作中严禁造成直流电源接地、短路和直流电源供电中断现象。

4.4.2 制定了该装置的保养维护制度

1、设专人定期进行装置的保管、检查；

2、每一个月对装置内电池进行检查更换；

3、每年对装置进行绝缘试验；

4、每每半年对装置接头进行紧固。

4.5  下步打算

1、进一步完善操作规程，完善装置板。装置接蓄电池处的连接头需要进一步改进。

2、把该装置推广应用到重庆市各类同行企业中。

3、直流班将更积极地参与到QC活动中，继续沿着革新挖潜、科技进步的方向不断提高，创造性的维护好所有变电站直流系统。

本实用新型所述的不断电替换运行中蓄电池组故障电池的装置实现了在不改变直流系统运行方式情况下进行检修，不需停用重合闸，不影响蓄电池组向控制母线供电，大大提高了检修过程中的安全系数，操作方便，体积小，成本低，便于携带，提高直流电源不间断供电的可靠性，确保变电站安全运行，提高电网供电的可靠率，避免了事故发生。同时，该装置适用范围广，可用于不同规格的蓄电池，在实际运用中直流系统运行稳定，值得以后再进行深入研究和推广。

5　致    谢

本文是在指导老师陈国联、班组任江炯老师的悉心指导和亲切关怀下完成的。感谢陈老师、江老师在学习和生活中对我的关怀和教诲。陈老师、江老师渊博的科学知识以及崇高的敬业精神等，给我留下深刻的印象，尤其是对我开题报告的精心指导，使我对接下来的任务有了更深的理解，对我的发展产生了重大的影响，使我受益匪浅。值此论文完成之际，特向江老师、陈老师表示深深的感谢和崇高的敬意。

在此，我再一次真诚地感谢所有支持和帮助过我的老师、同学和朋友们!

参考文献

[1]        DL/T 724—2000 《电力系统蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》

[2]        DL/T 5044—2004 《电力工程直流系统设计技术规程》

[3]        国家电网公司 《直流电源系统检修规范》

[4]        中国电力出版社 《新旧电气简图用图形符号对照手册》

[5]        国家电网公司 《直流电源系统技术监督规定》

[6]        国家电网公司 《预防直流电源系统事故措施》

[7]        重庆市电力公司 《重庆市电力公司制定的各类技术原则》

[8]        GB50172—92 《电气装置安装工程蓄电池施工验收规范》

[9]        DL/T5161.1～5161.17—2002 《电气装置安装工程质量检验及评定规程》《重庆市电力公司重庆电网规划设计指导意见（试行）》

[10]    GB50225—96 《电气装置安装工程电力变流设备施工及验收规范》

[11]    GB50150-1991 《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》

[12]     DL/T459—2000 《电力系统直流电源柜订货技术条件》

[13]    国家电网公司 《直流电源系统运行规范》

[14]    国家电网公司 《十八项电网重大反事故措施》

[15]    中国电力出版社 《直流设备检修岗位技能培训教材》

[16]    重庆市电力公司 《直流电源系统新建、技术改造及大修技术导则》

[17]    重庆市电力公司 《直流电源技术监督规定实施细则》

[18]    DL/T 856－2004 《电力用直流电源监控装置》

[19]    水利电力出版社  西北电力设计院《电力工程电气设计手册》

[20]    科学出版社《晶闸管整流电路》