高壓開關(guān)柜的電動搖把研制及應(yīng)用分析

國網(wǎng)浙江青田縣供電公司 陳新安 唐建斌 王亮才

高壓開關(guān)柜是進(jìn)行電能分配的重要設(shè)備，在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用十分廣泛。在對高壓開關(guān)柜的操作中采用電動搖把，可以保證操作過程中的安全性，并提高操作效率。本文詳細(xì)分析了高壓開關(guān)柜電動搖把的基本結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)原理，并介紹了高壓開關(guān)柜電動搖把的硬件和軟件開發(fā)技術(shù)，同時闡述了高壓開關(guān)柜電動搖把目前的應(yīng)用情況。

高壓開關(guān)柜是變電站中的重要組成部分，生產(chǎn)廠家也較多，有的高壓開關(guān)柜采用手動搖把，有的采用電動搖把，一般而言高壓開關(guān)柜采用電動搖把的制造成本較高，但應(yīng)用性能更好。高壓開關(guān)柜中集成了多種類型的電氣設(shè)備，包括斷路器、刀閘和測量設(shè)備等，并可以通過搖把實(shí)現(xiàn)對斷路器的操作。在傳統(tǒng)的高壓開關(guān)柜搖把中，普遍存在斷路器開斷操作過程中，出現(xiàn)搖把松動或脫落和斷路器分閘不到位的情況，并且沒有相關(guān)的提示信息，容易帶來較大的安全操作和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。本文介紹通過研制出一種新型的高壓開關(guān)柜電動搖把，解決傳統(tǒng)高壓開關(guān)柜電動搖把中存在的不足問題，保證高壓開關(guān)柜的安全可靠操作和運(yùn)行。

1 高壓開關(guān)柜的電動搖把

高壓開關(guān)柜的電動搖把是對高壓開關(guān)柜進(jìn)行操作的重要設(shè)備，在對高壓開關(guān)柜進(jìn)行分閘和合閘等操作的過程中，應(yīng)快速果斷，采用高壓開關(guān)柜電動搖把能夠提高對高壓開關(guān)柜操作的效率和安全性，但生產(chǎn)制造的成本相對較高。目前在電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用中，采用手動搖把對高壓開關(guān)柜進(jìn)行操作依然占有較高的比例。這種高壓開關(guān)柜的操作方式容易出現(xiàn)脫把的情況，并且在操作的過程中需要攜帶多種不同類型的操作工具，降低操作的工作效率，還容易出現(xiàn)安全事故，因此有必要采用高壓開關(guān)柜電動搖把。

高壓開關(guān)柜電動搖把在電動操作過程中，電機(jī)首先進(jìn)入到加速階段，之后再進(jìn)入到全速階段，最后為了不對高壓開關(guān)柜的機(jī)械結(jié)構(gòu)造成損傷，需要進(jìn)入到減速階段，整個高壓開關(guān)柜電動操作過程中電機(jī)的啟動和停止如圖1所示。

圖1 電動操作中電機(jī)的啟動和停止

高壓開關(guān)柜的電動搖把中的控制模塊采用自適應(yīng)控制算法，在操作的過程中，可以通過檢測電機(jī)電流的大小，判斷在操作過程中遇到的受力情況，從而調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得整個電動搖把在操作過程中都處于被控制的狀態(tài)下，降低操作失敗的風(fēng)險(xiǎn)。

2 高壓開關(guān)柜的新型電動搖把研制

2.1 高壓開關(guān)柜電動搖把研制的基本原則

為了滿足高壓開關(guān)柜的實(shí)際應(yīng)用需求，我們可以采用新型高壓開關(guān)柜電動搖把，解決目前高壓開關(guān)柜在應(yīng)用中遇到的問題。在電動搖把操控裝置中，基本工作原理是當(dāng)電動操控裝置收到了高壓開關(guān)柜操作人員下發(fā)的指令之后，首先需要判斷高壓開關(guān)柜是否具備操作的條件，如果不滿足五防等基本的操作條件，則應(yīng)閉鎖不動作，并發(fā)出相關(guān)的提示信息。當(dāng)高壓開關(guān)柜具備操作條件時，則電動操控裝置執(zhí)行指令，完成高壓開關(guān)柜的分合閘等操作。

在新型高壓開關(guān)柜電動搖把的研制過程中，可以采用分段變速的操作控制方式，首先電機(jī)以較高的速度運(yùn)行，之后再以較低的速度運(yùn)行，這樣可以防止高壓開關(guān)柜的機(jī)構(gòu)出現(xiàn)變形，從而導(dǎo)致高壓開關(guān)柜使用壽命的降低。當(dāng)高壓開關(guān)柜操作到位之后，可以控制電動操作搖把釋放應(yīng)力，避免電動搖把出現(xiàn)變形。在整個操作控制的過程中，電動控制模塊都可以檢測搖把的工作狀態(tài)，當(dāng)搖把在操作中出現(xiàn)故障時，控制模塊可以發(fā)生相關(guān)的指令，使得電動搖把退回到原來的位置，保證高壓開關(guān)柜在操作過程中的安全。

2.2 硬件結(jié)構(gòu)

在新型高壓開關(guān)柜電動搖把的研制過程中，硬件結(jié)構(gòu)可以采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，同時應(yīng)考慮到高壓開關(guān)柜電動搖把使用人員的操作習(xí)慣，在按鈕的設(shè)置上應(yīng)強(qiáng)調(diào)友好性。當(dāng)高壓開關(guān)柜電動搖把的操作人員按下按鈕時，電動搖把就可以根據(jù)操作人員下發(fā)的指令進(jìn)行判斷和操作。在硬件系統(tǒng)的組成方面，其包括裝置電源、按鍵處理單元、數(shù)碼顯示模塊、光電隔離單元、驅(qū)動電機(jī)、傳感器、單片機(jī)、電機(jī)保護(hù)模塊、存儲器等。各類數(shù)據(jù)信息可以傳入到單片機(jī)控制系統(tǒng)中，進(jìn)行控制系統(tǒng)的分析計(jì)算，下發(fā)控制指令給電動搖把中的驅(qū)動電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對高壓開關(guān)柜的操作。

圖2 軟件控制流程圖

2.3 軟件控制系統(tǒng)

軟件控制系統(tǒng)是高壓開關(guān)柜電動搖把控制模塊中的關(guān)鍵部分，也是研制高壓開關(guān)柜電動搖把的重要部分。在軟件控制系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)初始化完成之后，電動搖把控制模塊收到高壓開關(guān)柜的操作指令之后，軟件程序會判斷高壓開關(guān)柜電動搖把是否滿足操作條件。當(dāng)滿足操作條件時，則啟動電動搖把進(jìn)行操作，圖2為高壓開關(guān)柜電動搖把軟件控制的基本流程圖。

圖2為高壓開關(guān)柜電動搖把的基本控制流程，還可以通過構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)，對高壓開關(guān)柜的運(yùn)行操作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)控；同時，在軟件控制系統(tǒng)中還設(shè)置了電動電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)模塊，保證當(dāng)驅(qū)動電機(jī)在操作過程中出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)情況時，能夠可靠保護(hù)設(shè)備不受損壞。對于電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，可以通過單片機(jī)控制系統(tǒng)改變PWM波的占空比來實(shí)現(xiàn)。

3 高壓開關(guān)柜電動搖把的應(yīng)用

新型高壓開關(guān)柜電動搖把在投入實(shí)際應(yīng)用前，需要先進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)和測試，只有經(jīng)過測試合格之后，才可以將該新型高壓開關(guān)柜電動搖把投入到實(shí)用中。一是高壓開關(guān)柜電動搖把的機(jī)械壽命試驗(yàn)，不斷對高壓開關(guān)柜電動搖把進(jìn)行操作試驗(yàn)，觀察該電動搖把的機(jī)械操作次數(shù)是否滿足要求。二是電磁兼容試驗(yàn)，高壓開關(guān)柜電動搖把在試驗(yàn)的過程中，不應(yīng)出現(xiàn)誤動作和異常復(fù)位的現(xiàn)象。當(dāng)高壓開關(guān)柜電動搖把完成試驗(yàn)之后，能夠恢復(fù)正常的應(yīng)用功能，則試驗(yàn)符合要求；同時，還需要對高壓開關(guān)柜電動搖把進(jìn)行沖擊電壓試驗(yàn)，觀察電動搖把是否會出現(xiàn)破壞性放電的現(xiàn)象。

此外，新型高壓開關(guān)柜電動搖把中涉及到較多的硬件電路模塊，需要通過焊接將各個模塊連接起來，應(yīng)該對焊接之后的硬件模塊進(jìn)行功能測試，保證焊接的正確性。在軟件測試方面，應(yīng)對高壓開關(guān)柜電動搖把進(jìn)行軟啟動、軟停止和急停等試驗(yàn)。采用本文所述的高壓開關(guān)柜電動搖把技術(shù)，可以解決傳統(tǒng)手動搖把操作不安全的問題，并解決目前一般高壓開關(guān)柜電動搖把操作不可靠的問題，使得高壓開關(guān)柜的操作更加安全穩(wěn)定，提高電力生產(chǎn)效率。

結(jié)論：為了解決目前高壓開關(guān)柜在操作過程中遇到的實(shí)際問題，本文具體介紹了新型高壓開關(guān)柜電動搖把的開發(fā)技術(shù)，包括高壓開關(guān)柜電動搖把的硬件結(jié)構(gòu)和軟件控制系統(tǒng)，并闡述了高壓開關(guān)柜電動搖把在應(yīng)用前需要進(jìn)行的試驗(yàn)。本文所分析的高壓開關(guān)柜電動搖把可以在實(shí)際中加以推廣應(yīng)用，對于保證高壓開關(guān)柜的安全操作具有一定的價值。