高压开关柜智能手车操作工具的设计

王书群

（大同煤炭职业技术学院，山西 大同 037003）

引言

在电力系统中不高于35 kV 的电压等级被广泛应用于高压开关柜中。由于我国近几年的经济标准不断升高以及供电需求的增加，对高压开关柜运行的安全性提出了更高的要求。其中开关手车安置在高压开关柜内，操作措施是通过人工用摇杆来手动进行，在触头进行分闸的过程中，当摇动的速度较慢时，就很容易延长拉弧的时间，不仅威胁断路器的触头的使用期限，而且会发生安全隐患。为了提高了供电的稳定性与可靠性的要求，从而选择由机器取代人工到系统中进行操作，因此，针对高压开关柜智能手车操作工具展开设计分析。

1 高压开关柜智能手车操作工具的整体结构设计

高压开关柜智能手车操作工具由电源操作面板、操作控制面板、操作装置整机构成。按照所设计的功能来划分，主要包括设计控制模块，该设计能够响应、接收与传输所设计的信号，使驱动模块被遥控操作装置所控制[1-2]；激光传感器的使用与其配置，使可以寻迹与监察对目标地方的轴连接；设计操作控制器的自适应功能，使开关柜的手柄和握持控制器机构无法同轴问题得到解决；设计智能力矩的限制装置，如有突发情况出现在操作时，可以使用该功能。

2 控制模块设计

当手车能够摇进、出时，该操作工具第一步要做的就是水平方向的移动，移动到垂直于手车操作孔的位置，而且要对位，继而在让升降台来进行调节，使手车操作孔和其对位更加准确。把操作按钮按下去，就会慢慢移动摇杆，使手车操作孔内有其插入，然后开始转动，并且转动的速度不变，使手车能够实现摇出与摇进。在旋转到设定圈数之后，该操作工具就不在旋转，收回摇杆，完成工作。

把该控制进行了划分：对位该操作工具的手车操作孔和摇杆；检测摇杆的具体位置；检测圈数与摇手车所具有的力矩。关于控制该操作工具，从本质上来说，就是控制所有电机的扭矩、速度、对转动的角度等参数。

3 激光传感器配置设计和使用

关于手车操作孔不能准确对位问题，一种以激光扫面技术为基础，提出了以计算摇手车与手车操作孔二者的中轴线进行对位的法线算法。经过扫面激光传感器，而取得计算手车操作孔的法向量，而且还比较了取得法相的6 种算法，选取的算法的效果是最好的，然后使用该算法来对模型中的所有点相应法线坐标进行计算[3-4]，准确对位而二者可以由离线编程来实现。图1 为激光扫描技术。

图1 激光扫描技术

4 操作控制器的自适应功能设计

对花键式万向轴啮合结构进行设计，使其设计可以适宜手车操作孔使用，图2 就是其示意图。经过使用数值仿真分析软件，就可以分析啮合结构所具有的抗磨损能力、抗疲劳能力及静载能力。经过对受力进行分析得知，所有指标都符合设计的有关要求[5]。

图2 花键式万向轴啮合结构

5 智能力矩限制装置设计

可当实际使用时，就会有卡死状况出现在手车导轨中，可是卡死状况不能被运转的普通电机所感知，因此，就把智能力矩限制装置设计到了电机输出轴中。图3 就是智能力矩限制装置图。弹簧片所具有的张力会由于垫片与垫片彼此摩擦与传导的力来进行改变，由于其改变来控制与传递机械的旋转力，使调节输出力矩的宽范围的控制更加智能。在有卡死状况出现在手车轨道中时，工作的就只有电机，摇杆就会停止旋转，这种状况就会被光栅传感器所感应，就会有声光警告从系统中发出来，进而就能把卡死手车轨道的问题解决掉。

图3 智能力矩限制装置

6 驱动模块与电源供电模式设计

对该操作工具的动力供电系统进行供电的模式是双重的，分别是外接应急操作电源、铿电池直流供电模式。使用到电源控制中的保护方法不止一项，这样会保证动力供电的可靠性与安全性。以下就是电源系统技术的指标。

该指标包括：直流工作模式、交流工作模式、充电模式，对应的型号分别是DC23.5～29.6 V、AC220 V±500 V、AC220 V（1±500），对应的功率分别是350 W、350 W，输入电流是小于4 A，前面2 个对应的额定电流分别是小于10 A、小于3 A，充电模式的充电时间在10 h 以下，而且是充满之后就会自动停止。

当所处于交流供电工作模式时，所选择的装置电源是在墙面中对电源箱的插座进行检修所取得的220 V 的交流电。当调查本市内的35 kV 变电站时得知，墙面上的插座与开关柜的长度最大是19.8 m 左右，所以，选择的电源线与移动电源线盘的长度分别是5 m、15 m[6]。

经过试验得知，手动操作的速度大概是1.5 圈/s，而且手车摇柄长是0.14 m。在本文中，单相交流异步电机所选用的功率是400 W。

7 应用效果分析

当变电站进行倒闸时，其所占的比例比较大，当操作内欠缺操作人力时，极易延长触头与触头彼此的放电时间，就会影响倒闸操作。经过把本文中对35 kV 开关手车设计的辅助操作工具的使用，把摇手车此类对人工非常依赖的工作更加智能化。在定位手车时可以使用激光传感器来实现，使寻迹与监察目标地方的轴连接得以实现；力矩调整结构的设计，是避免有不能正常启动帘门、卡死手车轨道等现象出现在手车的摇出与摇进中，而且以上现象会影响设备的正常运行，一则会把操作高压开关柜所消耗的人员降低，二则可以确保操作更加顺利与安全，该操作工具能够使电网操作更加智能，而且使用的效果较好。

8 结语

高压开关柜手车辅助操作工具应用于相关企业后，不仅降低了由工作人员疲劳工作而导致的隐藏危险及人工的工作负担，而且进一步提高了电网智能化操作的标准，使企业逐渐迈进人工被操作机器的时代。