5、调试分公司“铁军QC”小组

1六氟化硫气瓶智能加热车的研制山东送变电工程公司“铁军”QC小组名词解释六氟化硫气瓶：SF6气体用于电气设备作为绝缘灭弧介质，六氟化硫气瓶能够承受一定的压力，可以将液化的六氟化硫气体存储起来。在实际工程中，六氟化硫气瓶通过专用气体传输管道将瓶内的六氟化硫气体注入电气设备当中，用以提高电气设备的绝缘性能。气瓶加热车：当SF6气瓶内部气体压力大于电气设备内气体压力时才能注入绝缘气体，在冬季施工时，由于外界温度过低，气瓶内部压力低，从而导致往电气设备内部注入绝缘气体的速度变慢，甚至注不进去。为提高六氟化硫气瓶内部压力，需要对其进行加热，传统的加热方式是热电阻发热后通过热传导的方式对六氟化硫气瓶进行加热。一、小组概况小组概况见表1。表1小组概况表表1表2小组名称山东送变电工程公司调试分公司“铁军”QC小组课题名称六氟化硫气瓶智能加热车的研制课题类型创新型推进指导郝岩成立日期2016年3月活动时间2016年3月~7月成员出勤率100%TQM培训时间人均72小时注册号SBD2016-36成员人数12小组成员姓名性别年龄文化程度小组职务职称组内分工魏永乐男28硕士组长中级工程师成果汇总、报告整理王兆坡男40本科组员技师方案设计吴雪峰男46本科组员技师方案设计、数据整理吕念男48硕士组员高级工程师组织协调孙晓雷男30本科组员技师方案实施范华女29本科组员助工方案设计、数据整理韩伟男43本科组员高级技师方案实施冉一丁男30本科组员技师方案实施李倩女29本科组员中级工程师数据整理孙冠华男28本科组员中级工程师方案实施李翔男32本科组员技师数据整理雷鸣女23本科组员助工方案实施制表人：王兆坡2016.03.042二、选择课题2.1课题背景SF6惰性气体主要应用于电气设备作为绝缘和灭弧介质，而且随着我国智能变电站的快速发展，GIS（GasInsulatedSwitchgear）组合电器设备在变电站中的广泛应用，GIS设备需要大量的SF6气体用于提高设备的绝缘性能及GIS设备供电可靠性。SF6气体已经成为电气设备对外良好绝缘性能的强力保障，是电气设备不可缺少的组成部分。图1智能变电站中GIS设备图SF6绝缘气体大都是由内部压力比较大的SF6气瓶通过专用管道注入到电气设备内。只有SF6气瓶内部气体压力大于GIS设备内部压力时才能注入绝缘气体，压力差越大注入的速度越快。但是碰到在冬季施工的时候，由于温度对气体压力的影响比较大，气瓶温度过低，气瓶内部压力降低，从而导致往GIS设备内部注入绝缘气体的速度变慢，甚至注不进去。图2六氟化硫气瓶运输图为提高寒冷环境下SF6气瓶内部压力，传统做法是利用热传导方式，将热电阻丝包裹住气瓶，热电阻丝发热后经过热传导对气瓶外壁加热提高气瓶内部压力。但是这种热传导的方式在加热过程中具有热损失大、热传导效率低、耗费时间长、加热装置寿命短、易损坏等缺点。热传导方式加热具有惯性现象，加热速度非常缓慢，不利于提高工作效率。由于热传导加热方式加热温度低，从而导致SF6气瓶内残余的SF6气体比较多，这就造成了极大的资源浪费，无形中增加了施工成本。利用热传导的方式还要求接触紧密，必须将加热装置同气瓶外壁密实的贴在一起，需将整个气瓶包裹起来，这样就造成加热装置的体积比较大，非常笨重，使用起来非常不便。传统的加热装置目前主要采用是热电阻丝加热方式的加热车及加热服。热电阻丝加热车的体积较大，使用起来不便，加热效率低；加热服的效果更差，在温度很低的情况下，加热服几乎起不到加热作用。3图3传统加热方式实物图小组成员针对济南1000kV特高压变电站初期采用传统加热方式的每个气瓶注气所用电量及所消耗的时间进行统计。通过在加热车上串联一个电度表能够检测到注入一瓶六氟化硫气体所用电量，并由施工人员统计每瓶气体完全注入所耗费的时间。通过理论计算能够得到注入一瓶气体所需要的能量再除以注入一瓶气体的用电量能够得出加热车的热转化率。根据实际测量，得出测试结果如下：表2传统加热方式信息表气瓶序号耗费时间（分钟）用电量（度）热转化效率（%）1652.5182632.1213592.0224642.3195551.9176612.0207592.0248632.1189682.62110561.922平均值61.32.1420.2制表人：魏永乐2016.03.08为更直观的分析数据，小组成员用柱状图展示。制图人：吴雪峰2016.03.10图4柱状图由于以上数据我们能够看出，传统的加热方式大量热量都散发到空气中，导致加热效率低下，热转化率平均只有20%，在冬季施工，尤其是温度比较低时，采用传统的热电阻丝加热平均每瓶耗时一个小时，注气耗费时间过长。因此，如何方便、快捷、高效的给SF6气瓶加热用以提高电气设备充气效率成为大家竞相研究的课题。对于一种新型SF6气瓶加热装置和加热方法的提出也成为亟待解决的问题。6020050100加热耗费时间（min）热转化效率（%）传统加热方式42.2问题提出小组围绕“提高六氟化硫气瓶加热效率”这个话题，召开了头脑风暴会议，小组成员提出两个课题方向，用亲和图法整理如图所示。提高六氟化硫气瓶加热效率提高传统加热方式的效率智能加热车的研制选用热效率高的发热线圈增加保温装置增大加热模块的功率电磁线圈内部加装保温材料采用热转化率高的新型加热原理采集并显示实时温度，实现温度可控留有压力采集接口实现加热自动关停加热方便、快捷、热效率高、温度可控制图人：魏永乐2016.03.10图5亲合图小组成员对两个课题方向进行分析对比，如下表：表3课题分析对比表课题名称课题描述课题特点结论课题1：提高传统加热方式的效率通过选择热效率高的电热丝来提高整个加热装置的加热效率，并通过提高加热模块的功率来增加线圈的热量输出；加装保温材料，减少加热线圈的热量损耗。优点：1、比较容易实现。2、整体结构简单。缺点：1、无法从根本上解决电热丝热损耗大的问题。2、电热丝的选型繁琐，需进行大量的试验用以对比分析。3、更换电热丝的经济性差。4、电热丝寿命较短、易损坏。5、电热丝存在热辐射，安全性差。不选择课题2：智能加热车的研制采用新型加热原理，让六氟化硫气瓶本身发热，避开了加热线圈往气瓶传导热量的过程，几乎不产生热量损耗，能够极大提高对六氟化硫气优点：1、加热原理先进，热损耗小，加热效率高。2、升温速度快，加热均匀。3、电磁线圈本身不发热，线圈寿命长。选择5瓶加热的效率。4、温度采集精确，控制及调节方便。5、整体造价低，经济性好。缺点：1、需投入人力进行研制。制表人：魏永乐、吕念2016.03.102.3课题查新确定课题方向后，小组首先开展了查新工作。小组成员在中国专利网信息网进行检索，确定关键词为“六氟化硫气瓶智能加热车”，结果未发现相关内容。图6专利之星查新结果小组成员又在中国知网上进行查新工作，通过检索关键词，发现并无“六氟化硫气瓶智能加热车”，的相关文献或专利。在加热方面有一篇文章《变电设备用SF6气瓶加热服浅析》，表述的是简易气瓶加热服，与智能加热车无关。图7中国知网查新结果6总的查新结果为：查询项目六氟化硫气瓶智能加热车查新人员魏永乐、范华查新机构中国知网、国家知识产权局专利局网站查新时间2016.03.15查新目的确定此项目无人申报、无相关参考文献专利报道。查新范围中国电力科技成果数据库、中国专科技期刊全文数据库、中国学术论文数据库、中国企业产品数据库、中国专利数据库。查新重点六氟化硫气瓶智能加热车相关参考文献、专利申报成果，确保市场上没有与研发装置类似设备。查新结果经查新表明，目前市场上尚无类似采用新型加热原理的气瓶智能加热车装置。2.4确定课题通过查新，小组确定本次活动课题为：三、目标设定及目标可行性分析3.1设定目标六氟化硫气瓶智能加热车热转化率提高60%以上；一瓶六氟化硫气体注入电气设备所需时间缩短为原来的50%，减少施工时间，降低施工成本。3.2目标可行性分析（一）小组所在分公司积极倡导员工开展技术创新，鼓励一线员工进行小革新、小发明、小改造；并且对小组在人力、物力、财力上给予大力的支持，为小组开展活动提供了有利保障。（二）QC小组成员结构组成合理，拥有设备安装及调试工作丰富经验的人员3名，拥有较高理论水平的专业人员4名，拥有公司工器具、设备装置检修经验的专业人员2名，小组成员均为中级及以上职称，整体专业素养较高。（三）小组成员多次参加公司设备装置、工器具的技术改造与创新研发，近年来成功申请滤油机智能报警系统（专利号ZL201520872529.2）、一种GIS安装车间清洁度在线监测装置及方法（ZL201610565202.2）等5项专利，具备成功研发六氟化硫气瓶智能加热车的水平。（四）传统的加热方式大都采用热传导原理，即被动式发热，而一些新型的主动式发热的加热方式在工业领域内已经获得广泛应用，而我们将新型的加热方式应用在六氟化硫气瓶上，改被动式发热为主动式发热，在理论上是完全可行的。（五）根据电磁涡流效应加热在工业中其它领域的应用效果及在实际生产及试验中得出的数据来看，电磁涡流加热的效率能够达到95%以上，因此我们将此加热原理应用在气瓶加热上，实现加热效率提升的到90%及将注气耗费时间缩短50%是可行的。六氟化硫气瓶智能加热车的研制7四、提出方案并确定最佳方案4.1提出方案小组成员结合课题目标，围绕六氟化硫气瓶加热车的目的和要求，提出两种设计方案，并进行了归纳整理。研制六氟化硫气瓶智能加热车红外线式六氟化硫气瓶智能加热车电磁涡流式六氟化硫气瓶智能加热车（1）方案一：红外线式六氟化硫气瓶智能加热车利用镍铬等金属发热体，将电能转换为红外线加热，转换过程中有光能及其它能量散发，能够对气瓶内外同时加热。图8红外加热材料制图人：孙晓雷2016.03.12图9红外加热原理框图（2）方案二：电磁涡流式六氟化硫气瓶智能加热车利用电磁线圈的涡流效应使SF6气瓶本体成为发热源，改被动式发热为主动式发热，这样所发热量就由六氟化硫气瓶直接传输到SF6气体上，热量损耗极小、升温速度快、加热均匀，极大提高了SF6气瓶充气效率。制图人：韩伟2016.03.13图10电磁涡流效应原理框图气瓶整流单元将三相交流工频电转换成直流电压。逆变单元将直流电变换成高频交流电。谐振输出单元用谐振原理产生更强的高频电流。线圈电源模块将交流电输入电压模块供给加热装置。转换模块将交流电转换为红外光信号。加热单元采用红外方式对气瓶进行加热。气瓶加热材料8制图人：魏永乐2016.03.13图11电磁涡流式加热整体方案示意图4.2两种设计方案对比分析表4设计方案分析对比表方案名称方案描述方案特点结论方案一：红外线式六氟化硫气瓶智能加热车利用镍铬等金属发热体，将电能转换为红外线加热，转换过程中有光能及其它能量散发。优点：1、具有穿透力，能内外同时加热。2、不需要热传递介质，可局部加热节省能源。缺点：1、对负载间接加热，升温速度慢。2、热效率低只有50%左右。3、可调功率范围窄，功率切换过程中容易产生辐射。4、所需电源频率较高，达到工频的千倍以上，因此电源模块造价非常高。不选择方案二：电磁涡流式六氟化硫气瓶智能加热车利用电磁线圈的涡流效应使SF6气瓶本体成为发热源，改被动式发热为主动式发热，这样所发热量就由六氟化硫气瓶直接传输到SF6气体上，热量损耗极小、升温速度快、加热均匀，极大提高了SF6气瓶充气效率。优点：1、对负载直接加热，改被动式加热为主动式加热。2、加热速度快、加热均匀。3、热效率高，能够达到95%以上，节能效果好。4、安全性能高，电磁线圈本身不发热，不会发生烫伤事故。缺点：研制过程稍复杂。选择制表人：魏永乐2016.03.20SF6气瓶电磁加热线圈智能控制系统电源模块温度传感器94.3方案分解小组讨论认为，六氟化硫气瓶智能加热车实现的流程及其关键点如下：制图人：范华2016.03.25图12智能加热车实现流程及关键点关键点关键点关键点关键点关键点关键点关键点关键点开始运载小车运输方便，能够承受六氟化硫气瓶重量。电磁加热线圈能够方便对气瓶加热，同时气瓶装卸方便。功率模块变频模块的功率可调，满足加热车