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QC成果报告word

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XXXXX装置的研发

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

小组概况

XXXXXXXXXXXXXXXXXXQC小组成立于XXX年XXXX月,小组成员现有XX名。本次活动课题为创新型课题。

表1 小组简介

一、实施背景

输电线路所经之处大都为旷野、丘陵、高山,土壤电阻率有突变的地带,土地质断层地带,岩石与土壤、山坡与稻田的交界区,风口、山顶、水库河流、矿区地带等多种复杂环境。由于输电线路长,同一条线路多处遭遇雷击的机率较大,是雷害重灾区。

近年来,为了减少输电线路的雷击跳闸,在国家电网特定的标准框架下,采取了多种综合防雷措施,如:降低杆塔接地电阻、架设避雷线、提高线路绝缘水平、采用负角保护、装设耦合地线,安装避雷针技术措施等,其效果并不理想。经统计,近年来我国广大地区雷击跳闸率有上升趋势。特别是分布在高土壤电阻率的部分线路,降低杆塔接地电阻难度较大,现有接地技术措施对雷电流的有效泄放仍没有好的对策。

本小组在进行设计工作过程中深受上述问题困扰,因此我们针对输电线路杆塔接地装置应用问题展开研究。

(一)选择课题

1.传统接地装置存在安全性问题。

以往对于接触电压和跨步电压的安全性问题主要集中于变电站、发电厂等大型接地网。随着高压输电线路的建设规模不断扩大,输电线路逐渐出现在农田、工厂、学校、居民区等人员活动密集的地区,由于输电线路电压等级高,其入地故障电流也相应较高。因此这些区域高压输电线路除了考虑防雷性能外,杆塔接地装置向土壤散流时所产生的地表点位对周围人员的人身安全也应引起重视。

传统的接地是用金属材料敷设在地中,在欧姆定律的基础上,以线性状态下的电压、电流理念,指导、发展接地技术,并以追求较低的接地电阻为目标。其适合工频电流或类似工频电流的泄放,但对冲击雷电流波头的泄放能力差,电力杆塔设施宜遭受雷击,且大部分处在土壤电阻率较高地区,导致地电位反击和杆塔瞬态电压升高,严重影响供电系统的安全运行。

2.传统接地装置适用性差

土壤电阻率在100~300Ω·m时,仅靠杆塔自然接地一般不能满足杆塔接地要求,按实际情况可考虑铺设垂直接地极;土壤电阻率在300~2000Ω·m时,此时垂直接地极也不能满足杆塔接地要求,可考虑采用水平接地极和垂直接地极相结合的方法来降低杆塔接地电阻,但土壤电阻率在2000Ω·m以上时,传统接地装置将杆塔接地电阻降到30Ω以下较为困难,因此其适用于土壤电阻率较低的地区,适用性较差。

3.传统接地装置工作可靠性差

传统接地装置为降低接地电阻,采用大量化学材料,对接地体的腐蚀严重,同时易造成环境污染。在不同季节土壤干湿程度变化易影响接地电阻值,因此其抗干扰能力差,接地电阻波动性大。

基于上述3个理由,因此我们将“新型接地装置在输电线路中的应用”作为本次QC活动的课题。

(二)设定目标并进行目标量化分析

1.目标

小组结合实际情况,经过会议分析讨论决定,以接地装置的

雷击地电位变化率来衡量其安全性,以接地装置的适用率来衡量其实用性,以接地电阻变化率来衡量其可靠性,以此设定为本次活动的目标。

(1)雷击地电位变化率定义:雷击时地电位升高值/雷击前地电位值×100%。

(2)接地装置的适用率定义:土壤电阻率最高值/3000×100%。(假定土壤电阻率最高为3000Ω·m)

(3)接地电阻变化率定义:(使用10年后接地装置的接地电阻值-新装设的接地装置接地电阻值)/新装设的接地装置接地电阻值×100%。

2.目标值

为了设定目标值,小组对河北地区现有线路接地现状进行了调研,实施新型接地装置技术前工程雷击地电位变化率为1000%;接地装置的适用率为66.7%;接地电阻变化率为25%。

雷击地电位变化率原始值=

1

1000=1000%

接地装置的适用率原始值=

3000

2000=66.7%

接地电阻变化率原始值=

2020

25 =25%

为保证输电线路杆塔接地装置的安全性和可靠性设定雷击地电位变化率目标值为500%,接地装置的适用率目标值为100%,接地电阻变化率目标值为小于10%。

表2:课题目标值

(三)提出各种方案并确定最佳方案

小组召开会议,运用头脑风暴法针对课题充分提出多种形式的接地方案,并对各方案进行可行性分析及评估,以确定最佳方案。

1.方案的提出

小组成员针对输电线路杆塔接地的特点,结合活动目标展开

小组对所提方案从工程安全性、工程适用性、工程可靠性和工程造价四个方面进行了可行性分析,分析结果见表3。

表3 方案可行性分析

小组对所提方案从效益性、前瞻性、推广性、可操作性四个方面进行了可行性分析,并制定了方案评估表。

表4 方案评估表

对三个方案进行打分评估运用加权法确定最佳方案。

表5 方案评估结果

通过对输电线路杆塔接地技术方案进行可行性分析及打分评估,雷电波吸收式接地技术方案具有工程安全性高、适用性强、接地电阻稳定等优势,因此我们确定方案三为实施方案。

二、主要做法

(一)制定对策表

1.方案关键控制点

实现雷电波吸收式接地技术,并确保其进度与质量达标,关键控制点在于:接地效率、电容效应、限压能力三个方面。

2.对策表制定

针对以上关键控制点,小组成员再次运用头脑风暴法经过认真、细致地讨论分析,按照5W1H原则制订了对策表,指定责任人,限时完成。

表 6 方案实施对策表

(二)按对策表实现

1.接地效率的提高

XXXX小组通过查询资料、咨询厂家等方式对比相关接地材料,通过咨询,选出了运用GEM物理降阻剂的离子接地系统和使用JDM高效接地模块进行对比。

(1)上网查询资料,咨询设备厂家,查找使用导电率高的接地材料,接地方式。

(2)经对比使用高效接地极,通过水平敷设JDM型高效接地模块并与垂直敷设的JD6000A型高效接地极配合使用。

表7 接地效率提高对策实施效果验证表

通过使用导电率高的接地材料,优化接地敷设形式,接地材料由实施前的离子接地系统更换为高效接地模块,敷设形式由水平敷设优化为水平敷设与垂直敷设配合使用,实施后接地效率相当于常规等离子接地极的1.5-3倍。

2.电容效应的实现

现有接地极感性分量无法忽略,地网的电感效应明显,甚至起到主要作用,雷电流无法安全有效泄放,造成电力高压输变电系统瞬态电位升高,形成地电位反击,对供电系统的安全运行影响更为严重;XXXXXQC小组对接地装置模拟分析如下:现有接地网相当于一个RL电路,地电位升为:

U=Rtdi/dt+rLdi/dt

其中:R-接地体与土壤的接触电阻

t-雷电波波头的时间

di/dt--雷电波陡度

r-接地网等效半径

L-接地网电感率

根据RL特性,当雷电冲击波到达时,电压超前电流,形成暂态地电位升。小组成员通过在电路中增加电容模块,来平衡接地极感性分量。

(1)在接地装置中加装等效的电容模块,实现电容效应。

(2)选择应用JD6000地电位限制器等效电容,通过计算,实现接地极与等效电容的匹配,使其效果相当于超高压、大容量电容器。

图2 地电位限制器

当发生雷击时,通过JD6000地电位限制器等效电容和JD6000A构成的散流通道,分别对雷电波波头、波长进行吸收、释放,并把地电位反击电压抑制在较低水平。

3.限压能力的控制

雷击的破坏性来自雷电波的波头,波头陡度越大,破坏性越强,而峰值电流入地多以位移电流的形式传导,符合麦克斯韦电磁场理论,此时与传统的接地电阻值无关。因此,传统的电阻型接地系统对此无能为力。跳闸问题不能从根本上解决。

小组成员在电路模拟过程中发现加装JD6000地电位限制器在等效电容的同时可以控制电压,因此选用JD6000地电位限制器进行联接,其相当于200KA非线性放电装置。安装在电涌注入点,实现较稳定的基准电位。

4.新型接地装置的实现

以麦克斯韦(J.C.Maxwell)电磁场理论为基础,通过水平敷设JDM型高效接地模块并与垂直敷设的JD6000A型高效接地极和JD6000地电位限制器进行联接,构成三大核心技术。当发生雷击时,通过JD6000地电位限制器等效电容和JD6000A构成的散流通道,分别对雷电波波头、波长进行吸收、释放,并把地电位反击电压抑制在较低水平。

图3 JD6000电器原理图

雷电之所以破坏性强,主要是它把雷云蕴藏的能量在极短的

时间内(几十微秒)释放,据有关资料统计,每次闪击仅发出相当燃烧几千克石油的能量。且集中在波头部分,瞬态功率可达几十千瓦小时、陡度大于200KA/us。因此,解决雷电波波头的吸收、释放问题,使线路过电流能及时有效释放。

图4 新型接地装置敷设图

(三)确认效果

1.目标实现情况

通过理论计算与原有工程对比分析,对雷电波吸收式接地技术质量进行检查。

表11 雷电波吸收式接地技术应用指标对比表活动目标实施新型接地技术前实施新型接地技术后雷击地电位变化率1000% 300%

接地装置的适用率66.7% 100%

接地电阻变化率25% 8% (1)雷击地电位变化率

图5 雷击地电位变化率

实施雷电波吸收式接地技术前雷击地电位变化率为1000%,实施雷电波吸收式接地技术后雷击地电位变化率为300%。

(2)接地装置的适用率

图6 接地装置的适用率

实施雷电波吸收式接地技术前接地装置的适用率为66.7%,实施雷电波吸收式接地技术后接地装置的适用率为100%。新型接地装置在土壤电阻率>3000Ω·m区域,均有良好的接地表现。

(3)接地电阻变化率

图7 接地电阻变化率

实施雷电波吸收式接地技术前接地电阻变化率为25%,实施新型接地装置后接地电阻变化率为8%。

小组成员经过1年的攻关活动,顺利完成了本课题。新型接地装置在输电线路中的应用,进一步提高了接地装置在输电线路杆塔接地中的适用性、接地稳定性和安全性。

2.技术效益

XXXXXXQC小组通过技术创新,通过合理布置新型接地材料,在接地装置中加装电容等措施,结合麦克斯韦电磁场理论+欧姆定律通路学,实现了雷电波吸收式接地技术,其适合工频电流、冲击电流的吸收泄放;在同等条件下接地效率高于常规接地装置的1.5倍,在土壤电阻率>3000Ω·m区域,均有良好的接地表现;抗干扰能力强,接地电阻稳定,能减少地电位反击的危害;具有防腐蚀能力强、接地效果好、无环境污染、全寿命周期内工程造价低等优点,达到了技术先进、造价合理、资源节约、环境友好的目的。

通过本次攻关活动,使我们积累了输电线路杆塔接地设计的经验,为今后顺利完成输电线路杆塔接地设计工作奠定了坚实的基础。

3.经济效益

雷电波吸收式接地技术在输电线路杆塔接地中的应用提高了接地装置的适用性和可靠性,其接地效果好,无环境污染,全寿命周期内工程造价低。以2000Ω·m土壤电阻率、中等腐蚀地区杆塔接地为例,针对镀锌扁钢、镀铜钢、雷电波吸收式接地装置三种方案作出全寿命周期经济性对比。要求接地电阻为15Ω,对比结果如下表所示:

表12 接地装置全寿命周期经济性对比表

表12接地装置全寿命周期经济性对比表可以看出,考虑接地稳定性及对环境影响后,雷电波吸收式接地装置经济效益较突出,工程应用中可隔段设置该接地装置(1套/公里),此情况下经济效益更为突出。

4.安全效益

雷电波吸收式接地装置抗干扰能力强,接地电阻稳定,能减少地电位反击的危害,其泄流能力强,能够将接触电压和跨步电压降到安全范围内,当其应用于人员活动密集地区时,可减少对周围人员人身安全的影响,因此其安全效应突出。

三、巩固措施

(一)巩固措施

(1)在实践中不断完善雷电波吸收式接地技术指标体系,以科学的态度,不断对现有的综合评价体系进行评估,查找工程中的不合理环节和因素,进行优化改进。

(2)将成功经验,现场的相关记录及合理措施以新技术应用的形式上报国家电网公司,以使其推广应用。

(二)巩固期效果

小组成员按照巩固措施对雷电波吸收式接地技术进行完善,并对巩固期内对实施效果进行了跟踪调查,巩固期效果如图所示:雷击地电位变化率、接地装置适用率、接地电阻变化率均符合目标要求,巩固期效果很明显。

图8雷击地电位变化率

图9 接地装置适用率

图10 接地电阻变化率

四、总结与今后打算

(一)活动总结

本次QC小组活动严格按照PDCA循环执行,课题选择符合实际,计划充实;对策执行明确,资料数据收集充分,效果维持时间较长,目标实现效果较好,巩固措施较为完善,维持效果较好。

表13 QC小组成员能力提高对比表

序号评价内容活动前活动后

1 质量意识7392

2 团队精神8095

3 个人能力8596

4 QC知识6791

5 工作热情8394

小组成员群策群力,达到了预期目标,提高了解决问题的能

力,增强了团队意识和写作能力,提升了运用QC方法的能力,同时提高了企业竞争力。

图11 小组成员能力提高雷达图

最终小组利用雷电波吸收式接地技术,实现了新型接地装置在输电线路中的应用,达到了技术先进、造价合理、资源节约、环境友好的目的。各成员利用QC各种工具分析和解决问题,有效保障了输电工程杆塔接地的质量,在取得较好社会效益的同时也提高了组员自身的综合素质。

(二)下一步打算

今后,我们仍要将QC小组活动认真、深入地开展下去,解决输电线路设计工作中遇到的难题。针对目前输电线路杆塔基础易腐蚀等相关问题,XXXXQC小组将下一课题定为:活性粉末混凝土在输电线路基础防腐中的应用,以提高线路基础防腐水平。

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