旋鈕開關(guān)環(huán)網(wǎng)柜便攜式智能開關(guān)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

劉通，王茂州

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司鄭州供電公司，河南 鄭州 450000）

環(huán)網(wǎng)柜作為配電系統(tǒng)的閉閘合閘操作系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，受操作管理存在誤區(qū)或疏漏、操作人員不熟悉設(shè)備結(jié)構(gòu)、培訓(xùn)不到位、線路老化、潮濕等因素影響，在高壓接觸操作時(shí)，存在一定的安全因素，僅僅依靠操作人員的責(zé)任心和工作態(tài)度來(lái)杜絕操作失誤是不可靠、不現(xiàn)實(shí)的，必須采取技術(shù)手段防止誤操作的發(fā)生，針對(duì)此問題，本課題針對(duì)旋鈕式開關(guān)環(huán)網(wǎng)柜提出了智能遙控非接觸式的解決辦法。

1 智能遙控操作方案介紹

智能遙控操作方式依附于無(wú)線信號(hào)的傳輸方式，目前技術(shù)上實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)的傳輸方式多種多樣，并不是所有的無(wú)線通信方式都適合于環(huán)網(wǎng)柜所處環(huán)境的復(fù)雜高干擾場(chǎng)合使用。常見的無(wú)線信號(hào)傳輸方式有WiFi、ZigBee、藍(lán)牙、紅外、NFC、GPRS、基于RF的頻移鍵控技術(shù)。

WiFi技術(shù)實(shí)際上是802.11b協(xié)議，并非代表無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，WiFi技術(shù)的主要特點(diǎn)是速率高、距離長(zhǎng)、兼容設(shè)備多，工作頻率在2.4GHz，適用于手持設(shè)備、PC、小型辦公網(wǎng)絡(luò)、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)等場(chǎng)合，目前主要應(yīng)用于無(wú)線局域網(wǎng)WLAN，其協(xié)議復(fù)雜，功耗高，對(duì)環(huán)境要求高，因此并不適用于環(huán)境惡略的配電場(chǎng)合。

ZigBee技術(shù)實(shí)際上是802.15.4協(xié)議的代名詞，其工作頻率通常為2.4GHz，其特點(diǎn)是低速率、近距離、低功耗、低成本，適用于低速的無(wú)線設(shè)備場(chǎng)合，如油田無(wú)線系統(tǒng)，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等無(wú)線傳輸場(chǎng)合，并不適合電力系統(tǒng)使用。

NFC是一種近距離無(wú)線傳輸技術(shù)，頻段為13.56MHz，支持距離為10厘米，因此其無(wú)法滿足環(huán)網(wǎng)柜的無(wú)線距離傳輸需求。

紅外、藍(lán)牙、GPRS等無(wú)線通信方式受成本、距離、技術(shù)復(fù)雜度等影響，也不適合電力系統(tǒng)中環(huán)網(wǎng)柜無(wú)線控制的需求。

基于FSK的RF射頻技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)，功耗低，通信距離適中，穿透力強(qiáng)，可編碼學(xué)習(xí)，在電力系統(tǒng)通信方面具有特有的優(yōu)勢(shì)，故選擇基于FSK方式的315MHz/433MHz雙頻無(wú)線通信作為傳輸手段。考慮到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用中，最終選擇315MHz這個(gè)典型頻段中心頻率進(jìn)行應(yīng)用，其理論距離可達(dá)4000m，完全滿足環(huán)網(wǎng)柜的現(xiàn)場(chǎng)使用需求。

2 電路系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

開關(guān)環(huán)網(wǎng)柜便攜旋式智能開關(guān)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需滿足便攜式的需求，因此最終需要是一個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)品，可方便操作不同的環(huán)網(wǎng)柜，其工作系統(tǒng)需電池供電，整個(gè)功能需要滿足根據(jù)遙控器的指令最終實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜旋鈕開關(guān)的順時(shí)針或逆時(shí)針固定角度的旋轉(zhuǎn)，從而滿足開閘或合閘的效果。

具體方案設(shè)計(jì)如圖1所示，信號(hào)給出是由315MHz基于FSK的RF射頻信號(hào)發(fā)出，然后由系統(tǒng)中的接收遙控接收器進(jìn)行接收及信號(hào)放大處理，為了便于遙控的通用性，在程序設(shè)計(jì)時(shí)，給定的是學(xué)習(xí)型的遙控信號(hào)程序，增加了遙控器的通用性，在不同的系統(tǒng)中，只要按要求對(duì)信號(hào)進(jìn)行學(xué)習(xí)處理，即可進(jìn)行遙控控制。

在圖1中，遙控接收器接收到開關(guān)信號(hào)后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將該信號(hào)傳輸給PAC控制器，PAC控制器中已設(shè)定了相應(yīng)的角度旋轉(zhuǎn)程序，該角度由最終執(zhí)行的環(huán)網(wǎng)柜選擇的旋鈕開關(guān)決定，可選擇自恢復(fù)的旋鈕開關(guān)，也可選擇手動(dòng)復(fù)位的旋鈕開關(guān)，本次實(shí)際樣機(jī)制作時(shí)選用的是自動(dòng)復(fù)位的旋鈕開關(guān)，旋轉(zhuǎn)角度為45°。PAC控制器接收到相應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)后，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為角度信號(hào)，角度信號(hào)傳輸給編碼電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，編碼電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將角度旋轉(zhuǎn)信號(hào)轉(zhuǎn)換為功率信號(hào)，該功率信號(hào)直接用于編碼電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，編碼電機(jī)接收到驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，執(zhí)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度，電機(jī)通過電磁鐵工裝固定在環(huán)網(wǎng)柜的旋鈕開關(guān)上，與旋鈕開關(guān)連接的地方為U字型溝槽式的聯(lián)軸器，通過U字型溝槽聯(lián)軸器的卡槽卡在旋鈕上，從而拖動(dòng)旋鈕開關(guān)的順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到模擬人手對(duì)環(huán)網(wǎng)柜的啟動(dòng)及停止的控制，并且不用人與環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行物理接觸，保證了人體的安全。

圖1 旋鈕式開關(guān)環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)方案原理框圖

為了便攜式操作，該裝置由可充電電池包進(jìn)行供電，通過開關(guān)1控制給整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行供電，開關(guān)2為U字型面板工裝的通電開關(guān)，當(dāng)將連接電機(jī)的U字型電磁鐵面板工裝放置在環(huán)網(wǎng)柜開關(guān)面板上時(shí)，并將U字卡進(jìn)旋鈕中后，閉合開關(guān)2，此時(shí)，編碼電機(jī)固定在該環(huán)網(wǎng)柜面板上，即可開始進(jìn)行操作。

3 旋鈕鏈接及固定設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式本質(zhì)是通過編碼電機(jī)的旋轉(zhuǎn)去實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜旋鈕開關(guān)的旋轉(zhuǎn)，去實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜的啟停操作，傳統(tǒng)的聯(lián)軸器無(wú)法滿足該裝置的需求，因此針對(duì)該系統(tǒng)，特意設(shè)計(jì)了U型的聯(lián)軸器，其中一端為中空結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)聯(lián)軸器一樣，可以固定在編碼電機(jī)的中軸上，另一端是U字型結(jié)構(gòu)，U字型的中空位置可以用于卡在旋鈕開關(guān)的旋鈕上，用于拖動(dòng)旋鈕開關(guān)的旋轉(zhuǎn)。如圖2所示。

圖2 用于旋鈕開關(guān)拖動(dòng)的U字型聯(lián)軸器

聯(lián)軸器與編碼電機(jī)只有固定在環(huán)網(wǎng)柜的面板上，才能執(zhí)行對(duì)環(huán)網(wǎng)柜旋鈕開關(guān)的操作，同時(shí)，為了便于操作不同的環(huán)網(wǎng)柜，因此需要一種便攜式的固定方式，在該系統(tǒng)中采用電磁鐵固定的方式。為了固定電磁鐵及電機(jī)、聯(lián)軸器，特意設(shè)計(jì)了一種面板工裝結(jié)構(gòu)，如圖3所示，其中四個(gè)角的圓形裝置為電磁鐵，中間的圓環(huán)里套的為U字型聯(lián)軸器，該工裝面板的另一面是與面板和聯(lián)軸器固定在一起的編碼電機(jī)，在實(shí)際操作時(shí)，只需將該面板放置在環(huán)網(wǎng)的旋鈕開關(guān)上，給電磁鐵通上電后，就可將編碼電機(jī)固定在旋鈕開關(guān)上，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械的連接操作。

圖3 電磁鐵面板固定工裝圖

4 結(jié)語(yǔ)

基于前述的設(shè)計(jì)方案思路下開發(fā)了相關(guān)的操作裝置，實(shí)現(xiàn)了配電工區(qū)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜開關(guān)的便攜式安全智能操作。設(shè)計(jì)思路具有以下特征：（1）便攜性高。該旋鈕式開關(guān)環(huán)網(wǎng)柜操作系統(tǒng)為獨(dú)立裝置，由遙控器和主機(jī)組成，主機(jī)可以由操作人員隨身攜帶，便于操作不同的環(huán)網(wǎng)柜體。（2）人身安全。操作人與待操作開關(guān)設(shè)備保持一定安全距離，無(wú)物理上的接觸，在設(shè)備極端條件下（開關(guān)漏電、爆炸等），保障操作人人身安全。（3）成本低。該操作系統(tǒng)成本低，在較小投入的前提下可大規(guī)模使用推廣。（4）可追述性，在軟件中進(jìn)行了數(shù)據(jù)記錄相關(guān)功能，在異常情況下，可進(jìn)行操作數(shù)據(jù)記錄，通過該數(shù)據(jù)記錄可判斷出事故條件下，操作人員的實(shí)際操作情況，避免不必要的糾紛出現(xiàn)。該系統(tǒng)解決了原來(lái)環(huán)網(wǎng)柜開關(guān)存在的安全問題，解決了原開關(guān)方式不可查詢及回溯歷史操作紀(jì)錄等問題，提高了配電網(wǎng)開關(guān)設(shè)備操作效率，提升了配電網(wǎng)智能化運(yùn)行管理水平，同時(shí)成本較低，具有較強(qiáng)的實(shí)用推廣價(jià)值。