一種適用于戶內(nèi)手車高壓真空斷路器的遙控合閘裝置

蘇賢，劉思議，卓俊彥，洪杰，邱才元，林穎銳，黃心怡，郭麗云

(國網(wǎng)漳州供電公司，福建 漳州 363000)

1 引言

城市電網(wǎng)線路纜化下地已成為配網(wǎng)建設(shè)不可逆的發(fā)展趨勢，各式高壓開關(guān)柜成為配電運維人員最主要的運維及操作對象[1-2]。在設(shè)備更迭過程中，新式設(shè)備的全面更換投運需要較長的時間周期，一類老式手搖合閘高壓開關(guān)柜目前仍在服役，由于這類開關(guān)運行長久，在開合過程中可能存在拉弧的危險，實際操作過程中，難免出現(xiàn)電動操作失效，需要運維人員進行手動操作的情況，此時開關(guān)拉弧帶來的安全風險將直接作用于運維人員，因此研制一種可以代替運維人員對開關(guān)進行合閘的遙控合閘裝置作為更新?lián)Q代過渡期的輔助安全措施顯得尤為迫切。本文針對該問題，提出一種可實現(xiàn)對該類手搖合閘開關(guān)進行遙控合閘的操作裝置，以規(guī)避運維人員在需要手動操作該類開關(guān)情況下所承擔的安全風險。

2 手搖合閘斷路器傳統(tǒng)合閘方式

手搖合閘斷路器操作面板的正面及手搖合閘搖把結(jié)構(gòu)如圖1所示，手動合閘的操作轉(zhuǎn)動桿位于面板左側(cè)區(qū)域，轉(zhuǎn)動桿的剖面一般為正六邊形，操作手把一般為Z字形。操作手把通過下端的正六邊形卡套與轉(zhuǎn)動桿進行可拔插的靈活連接，操作手把插入轉(zhuǎn)動桿后，手握操作手把上端，一般正傳24圈后，手搖斷路器即可合閘。

圖1 手車開關(guān)面板及合閘搖把

依據(jù)這種連桿操作手把的結(jié)構(gòu)，可知力臂長度以及拉力大小后，即可求出斷路器手搖合閘所需的力矩。

式中:為操作把轉(zhuǎn)動軸到施力點的距離矢量，一般為14cm，為使用操作把使轉(zhuǎn)動桿轉(zhuǎn)動所需的最小矢量力，為使轉(zhuǎn)動桿轉(zhuǎn)動所需的最小力矩。

手搖合閘斷路器手動合閘時，一般在搖至第15圈時，轉(zhuǎn)動阻力最大，此時的轉(zhuǎn)動最小力矩即可滿足手動合閘全程合閘機構(gòu)的轉(zhuǎn)動。遙控合閘裝置的轉(zhuǎn)動扭矩應(yīng)大于此時的最小力矩，應(yīng)當留有充足的裕度，使遙控合閘裝置應(yīng)用于所需扭矩不同的手搖合閘斷路器時均能有效動作，詳細的測試數(shù)據(jù)將在下文中給出。

3 遙控合閘裝置基本結(jié)構(gòu)

如圖2所示遙控合閘裝置由固定桿、移動構(gòu)件、電動裝置、合閘接頭組成，固定桿能夠在一定范圍內(nèi)伸縮，桿兩側(cè)各焊接一塊支撐板，固定時先使桿縮短進入柜體內(nèi)，保持垂直狀態(tài)，伸長桿體使桿體兩側(cè)頂住柜體，進而使遙控合閘裝置固定在橫向空間上，然后調(diào)節(jié)移動構(gòu)件在縱向空間上移動，使電動裝置的合閘接頭與手車開關(guān)的旋轉(zhuǎn)頭匹配，此時，遙控合閘裝置配置完畢，操作人員可撤離操作的手車開關(guān)柜體，利用遙控發(fā)信裝置發(fā)出正傳信號，完成手車開關(guān)合閘操作。

圖2 遙控合閘裝置結(jié)構(gòu)

4 遙控合閘裝置遙控與操作實現(xiàn)

本文遙控合閘裝置的核心組件為電機模塊，目前市面上適合的電機包括永磁直流無刷電機以及永磁直流有刷電機[3-4]，永磁直流無刷電機在使用壽命以及運行噪聲等方面都較永磁直流有刷電機有著不可比擬的優(yōu)勢，但其控制電路復(fù)雜，整體價格高，相比之下，永磁直流有刷電機的控制電路簡單，成本低廉。鑒于本文所述遙控合閘裝置對于電機控制沒有較高的要求，從成本考量出發(fā)，本文遙控合閘裝置選用電機型號為XD-3420永磁有刷直流電機，額定電壓為12V，額定電流2.42A，額定功率30W，計算其額定轉(zhuǎn)矩為1.19kgf·cm，即11.9N·m。

為驅(qū)動電機模塊，本文采用基于NE555時基芯片的占空比可調(diào)脈沖震蕩電路對永磁有刷直流電機進行驅(qū)動[5]，如圖3所示為脈沖震蕩驅(qū)動電路原理圖，調(diào)節(jié)電位器阻值即可實現(xiàn)占空比0%～100%之間的調(diào)節(jié)，端子3輸出的PWM電壓方波即可控制型號為RU7088R的N溝道MOS管在時間維度上以一定頻率不斷通斷，不同的占空比使得流過電機的驅(qū)動電流在時間的積分上有不同值，達到控制電機轉(zhuǎn)速的效果。

圖3 直流電機驅(qū)動電路

為實現(xiàn)運維人員在安全距離外進行遙控操作，本文采用qichip型號為QA-R-010的無線遙控開關(guān)控制電源的通斷，進而實現(xiàn)遙控指令的無線收發(fā)。QA-R-010無線遙控開關(guān)包含一個發(fā)射裝置以及接受裝置，接受裝置可輸入3.6V～24V的直流電源，紅線為正極性輸入端，黑線為負極性輸入端，藍線為正極輸出端，灰線為負極輸出端，輸出電壓與輸入電壓相同，發(fā)射裝置為一個兩按鍵遙控器，有三種輸出模式，分別為點動、自鎖、互鎖，本文才用點動模式，點動模式即長按按鍵，開關(guān)模塊導(dǎo)通，松開按鍵，開關(guān)模塊立即斷開。

圖4 無線開關(guān)模塊

5 現(xiàn)場遙控實驗

采用拉力測試儀對一臺退役手搖手車開關(guān)手動合閘所需的拉力進行測試，如表1所示，在手搖合閘搖至第15圈左右時，手搖合閘所需的最小拉力出現(xiàn)最大值，以此拉力計算出手搖全程所需的最小力矩為1.75N·m。

表1 拉力測試

統(tǒng)計了傳統(tǒng)操作方式與利用遙控合閘裝置進行合閘的操作時間，表2兩者操作時長對比表明，采用遙控合閘裝置進行合閘在規(guī)避風險的同時，操作效率甚至較純手動操作的情況下還略有提升，在不增加時間成本的條件下，大幅降低了操作人員的操作風險。

表2 操作時間對比

6 結(jié)論

本文就目前配網(wǎng)中老式手遙合閘斷路器需要運維人員近身操作存在安全風險的問題，提出并研制一種可以供運維人員與開關(guān)柜保持距離，遙控操作斷路器合閘的輔助裝置。詳細介紹了該輔助裝置樣機的軟、硬件基本組成以及使用方式。扭矩實驗表明，該遙控合閘輔助裝置能夠滿足手搖合閘斷路器的合閘扭力需求，使用遙控合閘裝置進行操作，與傳統(tǒng)操作方式相比，操作時間相差無幾，在保證時間成本不增加的條件下，規(guī)避了運維人員近身操作此類斷路器時所承擔的風險，裝置具有良好的工程應(yīng)用價值。