一種智能機(jī)械操作裝置的研制與應(yīng)用

林志鵬 張小虎 馮錦文

摘要：高壓開(kāi)關(guān)柜是變電站內(nèi)最常見(jiàn)的電氣設(shè)備，具有通斷、控制與保護(hù)等作用，由于操作頻繁易導(dǎo)致分合閘操作失敗等缺陷。現(xiàn)研制了一種智能機(jī)械操作裝置，可以遠(yuǎn)距離對(duì)開(kāi)關(guān)類設(shè)備進(jìn)行分合閘操作，較好地解決了開(kāi)關(guān)類設(shè)備就地操作的危險(xiǎn)性問(wèn)題，保證了人身安全;通過(guò)遠(yuǎn)方遙控操作裝置的移動(dòng)控制裝置箱、支架及操作臂協(xié)調(diào)動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)對(duì)處于任何位置的設(shè)備進(jìn)行分閘操作，位置適應(yīng)性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械操作;控制回路斷線;分閘操作

0? ? 引言

10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，由于運(yùn)行年限長(zhǎng)久、設(shè)備老化等原因，會(huì)出現(xiàn)分閘線圈長(zhǎng)時(shí)間通電燒毀線圈、輔助開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)接觸不良或者轉(zhuǎn)動(dòng)卡澀等原因造成的控制回路斷線，從而導(dǎo)致無(wú)法正常遠(yuǎn)方分閘的緊急缺陷。2017—2018年，某供電局發(fā)生了多起10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)法正常遠(yuǎn)控分合閘的緊急缺陷，在開(kāi)關(guān)無(wú)法分合期間，若開(kāi)關(guān)內(nèi)部或外部線路再次出現(xiàn)故障，則可能導(dǎo)致開(kāi)關(guān)爆炸，越級(jí)跳10 kV母聯(lián)和主變開(kāi)關(guān)，引起10 kV母線失壓的電網(wǎng)事故，因此必須采取可靠的措施對(duì)開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行緊急分閘操作。

1? ? 提出問(wèn)題

10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行之后，不可避免地會(huì)出現(xiàn)控制失靈等問(wèn)題，具體表現(xiàn)為分合閘線圈燒毀、輔助開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)接觸不到位、轉(zhuǎn)動(dòng)部分有卡澀和零部件受震動(dòng)脫落等等，這些都有可能導(dǎo)致控制回路斷線，從而造成開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)控分閘失敗。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生故障存在短路電流，而恰好相應(yīng)的高壓開(kāi)關(guān)柜遠(yuǎn)控分閘失靈時(shí)，為了不擴(kuò)大事故范圍，只能采取近控分閘的方式。現(xiàn)行的電氣操作導(dǎo)則不允許開(kāi)關(guān)就地操作，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)就地操作具有潛在的危險(xiǎn)性，若此時(shí)開(kāi)關(guān)由于故障分不開(kāi)或短路，將引起開(kāi)關(guān)真空泡爆炸，造成巨大的人身傷亡和電網(wǎng)事故?；诖耍疚奶岢鲅兄埔环N智能機(jī)械操作裝置，通過(guò)操作該裝置來(lái)代替人進(jìn)入到操作現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的就地分閘操作。

2? ? 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，研制一種智能機(jī)械操作裝置，如圖1所示，通過(guò)該操作裝置實(shí)現(xiàn)10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜的緊急分閘。

為達(dá)到上述目的，采用如下技術(shù)方案：該智能機(jī)械操作裝置包括與收發(fā)裝置通信連接的控制器，用于帶動(dòng)智能操作裝置運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)組件，用于檢測(cè)被測(cè)設(shè)備的檢測(cè)器，用于分合閘操作的分合閘電磁鐵，用于調(diào)節(jié)分合閘電磁鐵位置的調(diào)節(jié)裝置，所述移動(dòng)組件、檢測(cè)器、分合閘電磁鐵、調(diào)節(jié)裝置均與控制器電連接。通過(guò)預(yù)先設(shè)置，外界收發(fā)裝置發(fā)射信號(hào)至控制器，控制器接收信號(hào)進(jìn)行信號(hào)分析，然后通過(guò)控制移動(dòng)組件的移動(dòng)，將智能操作裝置移動(dòng)至需要操作的開(kāi)關(guān)類設(shè)備的前方。該智能機(jī)械操作裝置通過(guò)檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)并將數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器，控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后控制調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)使得分合閘電磁鐵能夠?qū)?zhǔn)所需操作的設(shè)備，通過(guò)控制器控制分合閘電磁鐵對(duì)所需操作的設(shè)備進(jìn)行分合閘操作，提高了安全性和效率。

其中，移動(dòng)組件2、檢測(cè)器3、分合閘電磁鐵4、調(diào)節(jié)裝置5均與控制器1電連接。

控制器1為包裹有箱體結(jié)構(gòu)的控制裝置箱，內(nèi)部配置高性能單片機(jī)。移動(dòng)組件2包括兩個(gè)履帶，兩個(gè)履帶對(duì)稱安裝于控制裝置箱兩側(cè)。這樣設(shè)置是為了帶動(dòng)智能操作裝置移動(dòng)，適應(yīng)不同的地方，避免在不平的地方陷下去。

檢測(cè)器3為可提供圖像信息的攝像頭。這樣設(shè)置是為了利用攝像頭的近距離視野找到所需操作的設(shè)備位置。調(diào)節(jié)裝置5包括支架51和操作臂52，支架51垂直且可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于控制裝置箱上，操作臂52與支架51連接。這樣設(shè)置是為了提供簡(jiǎn)單方便的調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)支架的可轉(zhuǎn)動(dòng)適應(yīng)360°的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，從而實(shí)現(xiàn)不同位置的分合閘線圈的分合閘操作。

支架51和操作臂52均為套筒式的可伸縮結(jié)構(gòu)。這樣設(shè)置是為了實(shí)現(xiàn)不同位置的分合閘線圈的分合閘操作，使得遠(yuǎn)近距離都可調(diào)，提高智能操作裝置的靈活性。

另外，檢測(cè)器3和分合閘電磁鐵4依次安裝于操作臂52遠(yuǎn)離支架51的端部。這樣設(shè)置是為了便于通過(guò)調(diào)節(jié)支架和操作臂調(diào)節(jié)檢測(cè)器和分合閘電磁鐵的位置，從而便于更接近所需操作的設(shè)備。

該智能操作裝置的使用方法及創(chuàng)新點(diǎn)如下：

在使用時(shí)，通過(guò)遠(yuǎn)距離操控控制裝置箱，先將攝像頭打開(kāi)，再控制履帶移動(dòng)到需要操作的開(kāi)關(guān)類設(shè)備的前方，利用攝像頭的近距離視野找到所需操作的設(shè)備位置，然后調(diào)整好支架51的高度及角度和操作臂52的距離，使分合閘電磁鐵4能夠?qū)?zhǔn)所需操作的設(shè)備，最后由控制分合閘電磁鐵4來(lái)對(duì)所需操作的設(shè)備進(jìn)行分合閘操作。

創(chuàng)新點(diǎn)1：利用遙控移動(dòng)操作裝置的方式，避免操作人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，防止操作帶來(lái)的人身傷亡事故。

創(chuàng)新點(diǎn)2：采用抓地能力和越障能力極強(qiáng)的履帶，杜絕了現(xiàn)場(chǎng)地面凹凸不平帶來(lái)的裝置倒塌誤碰運(yùn)行設(shè)備的隱患。

創(chuàng)新點(diǎn)3：采用可調(diào)節(jié)的支架和操作臂，可自由升降和水平調(diào)節(jié)，對(duì)準(zhǔn)開(kāi)關(guān)的分閘按鈕，進(jìn)行精準(zhǔn)的遠(yuǎn)控撞擊實(shí)現(xiàn)分閘操作。

3? ? 使用成效

該智能操作裝置已經(jīng)多次成功處理了10 kV開(kāi)關(guān)拒分的緊急缺陷。有多臺(tái)高壓柜分別因線圈鐵芯卡阻、微動(dòng)開(kāi)關(guān)故障、輔助開(kāi)關(guān)接觸不良和線圈絕緣降低電阻偏大等原因，出現(xiàn)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)控制回路斷線或分閘線圈燒毀、開(kāi)關(guān)拒分的緊急缺陷?，F(xiàn)場(chǎng)采用該智能機(jī)械操作裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)開(kāi)關(guān)的緊急遠(yuǎn)控分閘操作處理，避免越級(jí)跳閘停電。利用可升降調(diào)節(jié)、可無(wú)線遙控進(jìn)場(chǎng)和可視操作功能的智能機(jī)械操作裝置，可以立即對(duì)缺陷進(jìn)行處理，防止擴(kuò)大停電范圍，降低停電帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文研制的智能機(jī)械操作裝置，能夠快速可靠地應(yīng)對(duì)各種情況下的高壓開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)控拒分的情況，保障了人身及設(shè)備的安全，且能夠及時(shí)切斷故障電流，大大降低了系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，獲得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，有效地保證了供電可靠性和電網(wǎng)安全。受該裝置的啟發(fā)，可將類似的裝置加以改裝并應(yīng)用到更多的緊急場(chǎng)合，改善設(shè)備操作的方式，提升操作的安全性，將操作風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

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收稿日期：2019-11-06

作者簡(jiǎn)介：林志鵬（1996—），男，廣東江門人，變電檢修中級(jí)工，主要從事110 kV及以上變電站一次電氣設(shè)備檢修、維護(hù)工作。