王書群

（大同煤炭職業(yè)技術(shù)學院，山西 大同 037003）

引言

在電力系統(tǒng)中不高于35 kV 的電壓等級被廣泛應用于高壓開關(guān)柜中。由于我國近幾年的經(jīng)濟標準不斷升高以及供電需求的增加，對高壓開關(guān)柜運行的安全性提出了更高的要求。其中開關(guān)手車安置在高壓開關(guān)柜內(nèi)，操作措施是通過人工用搖桿來手動進行，在觸頭進行分閘的過程中，當搖動的速度較慢時，就很容易延長拉弧的時間，不僅威脅斷路器的觸頭的使用期限，而且會發(fā)生安全隱患。為了提高了供電的穩(wěn)定性與可靠性的要求，從而選擇由機器取代人工到系統(tǒng)中進行操作，因此，針對高壓開關(guān)柜智能手車操作工具展開設計分析。

1 高壓開關(guān)柜智能手車操作工具的整體結(jié)構(gòu)設計

高壓開關(guān)柜智能手車操作工具由電源操作面板、操作控制面板、操作裝置整機構(gòu)成。按照所設計的功能來劃分，主要包括設計控制模塊，該設計能夠響應、接收與傳輸所設計的信號，使驅(qū)動模塊被遙控操作裝置所控制[1-2]；激光傳感器的使用與其配置，使可以尋跡與監(jiān)察對目標地方的軸連接；設計操作控制器的自適應功能，使開關(guān)柜的手柄和握持控制器機構(gòu)無法同軸問題得到解決；設計智能力矩的限制裝置，如有突發(fā)情況出現(xiàn)在操作時，可以使用該功能。

2 控制模塊設計

當手車能夠搖進、出時，該操作工具第一步要做的就是水平方向的移動，移動到垂直于手車操作孔的位置，而且要對位，繼而在讓升降臺來進行調(diào)節(jié)，使手車操作孔和其對位更加準確。把操作按鈕按下去，就會慢慢移動搖桿，使手車操作孔內(nèi)有其插入，然后開始轉(zhuǎn)動，并且轉(zhuǎn)動的速度不變，使手車能夠?qū)崿F(xiàn)搖出與搖進。在旋轉(zhuǎn)到設定圈數(shù)之后，該操作工具就不在旋轉(zhuǎn)，收回搖桿，完成工作。

把該控制進行了劃分：對位該操作工具的手車操作孔和搖桿；檢測搖桿的具體位置；檢測圈數(shù)與搖手車所具有的力矩。關(guān)于控制該操作工具，從本質(zhì)上來說，就是控制所有電機的扭矩、速度、對轉(zhuǎn)動的角度等參數(shù)。

3 激光傳感器配置設計和使用

關(guān)于手車操作孔不能準確對位問題，一種以激光掃面技術(shù)為基礎，提出了以計算搖手車與手車操作孔二者的中軸線進行對位的法線算法。經(jīng)過掃面激光傳感器，而取得計算手車操作孔的法向量，而且還比較了取得法相的6 種算法，選取的算法的效果是最好的，然后使用該算法來對模型中的所有點相應法線坐標進行計算[3-4]，準確對位而二者可以由離線編程來實現(xiàn)。圖1 為激光掃描技術(shù)。

圖1 激光掃描技術(shù)

4 操作控制器的自適應功能設計

對花鍵式萬向軸嚙合結(jié)構(gòu)進行設計，使其設計可以適宜手車操作孔使用，圖2 就是其示意圖。經(jīng)過使用數(shù)值仿真分析軟件，就可以分析嚙合結(jié)構(gòu)所具有的抗磨損能力、抗疲勞能力及靜載能力。經(jīng)過對受力進行分析得知，所有指標都符合設計的有關(guān)要求[5]。

圖2 花鍵式萬向軸嚙合結(jié)構(gòu)

5 智能力矩限制裝置設計

可當實際使用時，就會有卡死狀況出現(xiàn)在手車導軌中，可是卡死狀況不能被運轉(zhuǎn)的普通電機所感知，因此，就把智能力矩限制裝置設計到了電機輸出軸中。圖3 就是智能力矩限制裝置圖。彈簧片所具有的張力會由于墊片與墊片彼此摩擦與傳導的力來進行改變，由于其改變來控制與傳遞機械的旋轉(zhuǎn)力，使調(diào)節(jié)輸出力矩的寬范圍的控制更加智能。在有卡死狀況出現(xiàn)在手車軌道中時，工作的就只有電機，搖桿就會停止旋轉(zhuǎn)，這種狀況就會被光柵傳感器所感應，就會有聲光警告從系統(tǒng)中發(fā)出來，進而就能把卡死手車軌道的問題解決掉。

圖3 智能力矩限制裝置

6 驅(qū)動模塊與電源供電模式設計

對該操作工具的動力供電系統(tǒng)進行供電的模式是雙重的，分別是外接應急操作電源、鏗電池直流供電模式。使用到電源控制中的保護方法不止一項，這樣會保證動力供電的可靠性與安全性。以下就是電源系統(tǒng)技術(shù)的指標。

該指標包括：直流工作模式、交流工作模式、充電模式，對應的型號分別是DC23.5～29.6 V、AC220 V±500 V、AC220 V（1±500），對應的功率分別是350 W、350 W，輸入電流是小于4 A，前面2 個對應的額定電流分別是小于10 A、小于3 A，充電模式的充電時間在10 h 以下，而且是充滿之后就會自動停止。

當所處于交流供電工作模式時，所選擇的裝置電源是在墻面中對電源箱的插座進行檢修所取得的220 V 的交流電。當調(diào)查本市內(nèi)的35 kV 變電站時得知，墻面上的插座與開關(guān)柜的長度最大是19.8 m 左右，所以，選擇的電源線與移動電源線盤的長度分別是5 m、15 m[6]。

經(jīng)過試驗得知，手動操作的速度大概是1.5 圈/s，而且手車搖柄長是0.14 m。在本文中，單相交流異步電機所選用的功率是400 W。

7 應用效果分析

當變電站進行倒閘時，其所占的比例比較大，當操作內(nèi)欠缺操作人力時，極易延長觸頭與觸頭彼此的放電時間，就會影響倒閘操作。經(jīng)過把本文中對35 kV 開關(guān)手車設計的輔助操作工具的使用，把搖手車此類對人工非常依賴的工作更加智能化。在定位手車時可以使用激光傳感器來實現(xiàn)，使尋跡與監(jiān)察目標地方的軸連接得以實現(xiàn)；力矩調(diào)整結(jié)構(gòu)的設計，是避免有不能正常啟動簾門、卡死手車軌道等現(xiàn)象出現(xiàn)在手車的搖出與搖進中，而且以上現(xiàn)象會影響設備的正常運行，一則會把操作高壓開關(guān)柜所消耗的人員降低，二則可以確保操作更加順利與安全，該操作工具能夠使電網(wǎng)操作更加智能，而且使用的效果較好。

8 結(jié)語

高壓開關(guān)柜手車輔助操作工具應用于相關(guān)企業(yè)后，不僅降低了由工作人員疲勞工作而導致的隱藏危險及人工的工作負擔，而且進一步提高了電網(wǎng)智能化操作的標準，使企業(yè)逐漸邁進人工被操作機器的時代。