10 kV中置式開(kāi)關(guān)柜通用型智能驗(yàn)電手車的研制

陳松，應(yīng)東，璩光明，何軍，王浦任，劉磊

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司銀川供電公司，寧夏銀川 750011）

0 引言

中置式開(kāi)關(guān)柜因其結(jié)構(gòu)緊湊、封閉良好和安全可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)特別是10 kV配電系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用[1-4]。在對(duì)開(kāi)關(guān)柜及手車斷路器等設(shè)備進(jìn)行檢修和試驗(yàn)等工作中，停電完成后需對(duì)開(kāi)關(guān)柜出線側(cè)進(jìn)行驗(yàn)電，確認(rèn)出線側(cè)不帶電后方可合上接地開(kāi)關(guān)，以避免帶負(fù)荷接地事故的發(fā)生，確保人身和電網(wǎng)設(shè)備安全。開(kāi)關(guān)柜現(xiàn)有“五防”閉鎖邏輯中，為防止誤入帶電間隔，只有合上接地開(kāi)關(guān)后才能打開(kāi)后柜門，這與應(yīng)首先檢測(cè)確認(rèn)出線側(cè)無(wú)電后方能合接地開(kāi)關(guān)的驗(yàn)電措施產(chǎn)生沖突。目前常用的驗(yàn)電方式是利用驗(yàn)電手車打開(kāi)開(kāi)關(guān)柜前柜內(nèi)隔離擋板，檢驗(yàn)線路側(cè)靜觸頭是否有電；但是，這種驗(yàn)電方式卻存在一些問(wèn)題：一方面，這種驗(yàn)電手車設(shè)計(jì)上存在一定的缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致試用過(guò)程中驗(yàn)電手車易發(fā)生傾倒，容易造成人身傷亡事故；另一方面，其尺寸固定，在設(shè)備通用性方面也存在著一定的不足。此外，因無(wú)法判斷靜觸頭與驗(yàn)電器是否接觸良好，進(jìn)而使得該驗(yàn)電方式缺乏足夠的安全性和可靠性[5-7]?，F(xiàn)有驗(yàn)電方式的諸多不利因素均對(duì)日常檢修工作的安全順利開(kāi)展造成了極大的障礙，因此，研制一種符合相關(guān)規(guī)程要求，消除安全隱患，且可以監(jiān)控驗(yàn)電器與開(kāi)關(guān)柜內(nèi)觸頭接觸情況的通用型智能驗(yàn)電手車，對(duì)于日常檢修工作的順利開(kāi)展和檢修人員的生命安全來(lái)說(shuō)具有重要意義[8-10]。根據(jù)現(xiàn)有驗(yàn)電方式進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，研制了一種10 kV中置式開(kāi)關(guān)柜通用型智能驗(yàn)電手車，借助電動(dòng)調(diào)節(jié)模塊和攝像頭監(jiān)測(cè)模塊使驗(yàn)電手車在實(shí)現(xiàn)有效驗(yàn)電這一基礎(chǔ)功能之外，同時(shí)兼具通用性和智能性，實(shí)現(xiàn)了安全有效的智能驗(yàn)電。

1 驗(yàn)電手車的設(shè)計(jì)

10 kV中置式開(kāi)關(guān)柜通用型智能驗(yàn)電手車三維結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由基本構(gòu)架、智能調(diào)節(jié)驗(yàn)電模塊和智能監(jiān)控模塊三大部分組成?？紤]驗(yàn)電手車在實(shí)際使用過(guò)程中的安全性，避免在移動(dòng)及驗(yàn)電過(guò)程中發(fā)生傾倒，手車底座選用真空斷路器手車同型底座，結(jié)合步進(jìn)電機(jī)的使用在實(shí)現(xiàn)手車搖進(jìn)搖出功能的同時(shí)滿足安全和穩(wěn)定性需求。同時(shí)，手車金屬部分多選用鋁合金進(jìn)行加工制作，在滿足機(jī)械強(qiáng)度和性能要求的前提下盡可能降低整體重量，提升使用體驗(yàn)。

圖1 10 kV中置式開(kāi)關(guān)柜通用型智能驗(yàn)電手車三維結(jié)構(gòu)

如圖1所示，攝像頭、顯示屏、控制器模組、供電模塊、驗(yàn)電高度調(diào)節(jié)模組、驗(yàn)電寬度調(diào)節(jié)模組、驗(yàn)電器、手車底座與寬度調(diào)節(jié)模組以及驗(yàn)電動(dòng)作模組等9部分（序號(hào)1至9）共同構(gòu)成驗(yàn)電手車的智能監(jiān)控和智能調(diào)節(jié)部分。設(shè)計(jì)上，一方面智能監(jiān)控部分采用紅外測(cè)距傳感器和霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器分別對(duì)手車進(jìn)出過(guò)程中距離和角度的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并借助全彩攝像頭對(duì)暗光條件下的調(diào)節(jié)動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，結(jié)合報(bào)警功能便可對(duì)驗(yàn)電模塊高度調(diào)節(jié)過(guò)程、驗(yàn)電模塊的位置及移動(dòng)、以及電動(dòng)調(diào)節(jié)模塊的調(diào)整進(jìn)行監(jiān)測(cè)和判斷；另一方面，將智能調(diào)節(jié)和智能監(jiān)控部分相結(jié)合的設(shè)計(jì)，使得智能調(diào)節(jié)部分能夠在監(jiān)控部分對(duì)驗(yàn)電器與靜觸頭接觸情況實(shí)時(shí)監(jiān)控的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)驗(yàn)電模塊的及時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而提高驗(yàn)電準(zhǔn)確性和可靠性。

2 驗(yàn)電手車的功能實(shí)現(xiàn)

根據(jù)前期的實(shí)際調(diào)研分析和功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)制作的驗(yàn)電手車在有效驗(yàn)電這一主體功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程上被劃分為手車搖進(jìn)與開(kāi)關(guān)柜隔離檔板開(kāi)啟、驗(yàn)電過(guò)程智能調(diào)節(jié)監(jiān)控以及帶電響應(yīng)報(bào)警等三大部分。

在驗(yàn)電手車搖進(jìn)或搖出開(kāi)關(guān)柜的過(guò)程中，鋰電池作為動(dòng)力源為步進(jìn)電機(jī)和電動(dòng)調(diào)節(jié)部分提供電能，電動(dòng)調(diào)節(jié)模塊通過(guò)與手車底座導(dǎo)軌相配合的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，進(jìn)而依據(jù)開(kāi)關(guān)柜尺寸對(duì)手車底盤寬度和感應(yīng)式驗(yàn)電器的高度和寬度進(jìn)行電動(dòng)調(diào)節(jié)，使手車具備一定的通用性。剛性抱緊式連接器將滑臺(tái)與電機(jī)進(jìn)行連接，既保證了調(diào)節(jié)精度又避免了移動(dòng)過(guò)程中滑臺(tái)出現(xiàn)松動(dòng)的可能，使驗(yàn)電過(guò)程更具穩(wěn)定性。此外，由高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)可知，前后柜空間在水平方向上被隔離擋板一分為二，將后柜高壓帶電部分與前柜空間之間形成物理隔離，避免操作人員誤碰高壓帶電體，起到保障人員安全的作用。當(dāng)手車在柜體內(nèi)前進(jìn)直至遇到隔離擋板時(shí)，分離式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的U型壓合口將會(huì)推動(dòng)隔離擋板連桿，將上下隔離擋板打開(kāi)以便驗(yàn)電器進(jìn)行驗(yàn)電。

驗(yàn)電手車在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)移動(dòng)的過(guò)程中，處理器模塊將從手車移動(dòng)前進(jìn)過(guò)程中采集到的各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)處理為手車的位置信息，并發(fā)送至電動(dòng)調(diào)節(jié)和高度調(diào)節(jié)模塊的各個(gè)控制電機(jī)以及攝像監(jiān)控模塊，進(jìn)而在水平和垂直方向上對(duì)驗(yàn)電觸頭高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)對(duì)驗(yàn)電模塊與開(kāi)關(guān)柜靜觸頭的接觸情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)驗(yàn)電過(guò)程的可視化和智能化。此外，預(yù)先編制并寫入處理器中的操作程序在驗(yàn)電手車操作面板輔助下使得操作人員不但能夠在操作方式上實(shí)現(xiàn)按鈕控制和觸摸控制，而且在驗(yàn)電方式上既可以按照操作順序進(jìn)行手動(dòng)操作也可選擇自動(dòng)驗(yàn)電，從而實(shí)現(xiàn)一鍵驗(yàn)電的自動(dòng)化操作。驗(yàn)電小車在智能化和自動(dòng)化方面的表現(xiàn)使其在當(dāng)今電氣設(shè)備愈加智能的趨勢(shì)中展現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。

驗(yàn)電手車被推入開(kāi)關(guān)柜的過(guò)程中伴隨著U型壓合口將隔離擋板打開(kāi)，當(dāng)驗(yàn)電桿前端的驗(yàn)電觸頭通過(guò)打開(kāi)的隔離擋板繼續(xù)前進(jìn)至與帶電靜觸頭間的空氣隙被擊穿，即驗(yàn)電器檢測(cè)到開(kāi)關(guān)柜靜觸頭帶電后，隨之發(fā)出相應(yīng)的電信號(hào)接通聲光報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)而發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)驗(yàn)電并警示的功能。此外，感應(yīng)式驗(yàn)電器的自檢功能則能夠?qū)崿F(xiàn)在進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)電操作前先對(duì)自身功能進(jìn)行核驗(yàn)的目的，在保證驗(yàn)電準(zhǔn)確性的同時(shí)也滿足了安全驗(yàn)電操作規(guī)程，有效保障了操作人員的人身安全。

綜上所述，10 kV中置式開(kāi)關(guān)柜通用型智能驗(yàn)電手車的具體驗(yàn)電過(guò)程見(jiàn)圖2。處理器模塊和相應(yīng)的傳感器組件對(duì)于驗(yàn)電功能是否能夠順利實(shí)現(xiàn)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，每一項(xiàng)操作的有效完成與否都可以通過(guò)處理器對(duì)獲取的傳感器信號(hào)做出邏輯判斷，只有在獲得相應(yīng)的判斷結(jié)果后才能進(jìn)行下一項(xiàng)或重新返回上一項(xiàng)操作，而無(wú)需人為做出判斷，這也正是驗(yàn)電手車智能性的重要體現(xiàn)。

圖2 10 kV中置式開(kāi)關(guān)柜通用型智能驗(yàn)電手車工作流程

3 使用效果分析

3.1 測(cè)試試驗(yàn)

為檢驗(yàn)10 kV中置式開(kāi)關(guān)柜通用型智能驗(yàn)電手車能否實(shí)現(xiàn)功能，首先在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)組裝好的驗(yàn)電手車分別進(jìn)行了驗(yàn)電測(cè)試試驗(yàn)和智能監(jiān)控測(cè)試試驗(yàn)，驗(yàn)電測(cè)試試驗(yàn)中主要針對(duì)手車在不同帶電情況和不同間距尺寸情況下，電動(dòng)調(diào)節(jié)功能和驗(yàn)電結(jié)果的正確與否，部分試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 驗(yàn)電手車驗(yàn)電試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)（部分）

智能監(jiān)控測(cè)試試驗(yàn)中，通過(guò)手動(dòng)設(shè)置驗(yàn)電桿水平間距、垂直高度和角度偏差，使其與開(kāi)關(guān)柜靜觸頭位置不完全對(duì)應(yīng)，從而驗(yàn)證智能監(jiān)控功能是否正常，部分試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 驗(yàn)電手車驗(yàn)電智能監(jiān)控試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)（部分）

從表1驗(yàn)電試驗(yàn)結(jié)果中可以看到，驗(yàn)電手車在試品帶電的情況下能夠可靠地發(fā)出報(bào)警信號(hào)，而在試品不帶電時(shí)報(bào)警裝置能夠可靠不發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)驗(yàn)電手車的電動(dòng)調(diào)節(jié)功能也能正常實(shí)現(xiàn)。表2的智能監(jiān)控測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果則表明當(dāng)驗(yàn)電桿在水平方向、垂直方向以及角度上存在一定的偏差時(shí)，驗(yàn)電手車能夠通過(guò)智能監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)存在的偏差進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量并發(fā)出相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行告警。上述兩項(xiàng)測(cè)試結(jié)果表明在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中驗(yàn)電手車的驗(yàn)電、調(diào)節(jié)、告警以及監(jiān)控等功能均能正常實(shí)現(xiàn)，表現(xiàn)出了可靠的驗(yàn)電準(zhǔn)確性，具備了進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際驗(yàn)證的條件。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文提出的通用型智能驗(yàn)電手車在實(shí)際使用過(guò)程中的驗(yàn)電效果，結(jié)合停電檢修計(jì)劃，在辦理相關(guān)手續(xù)后在5座變電站站內(nèi)對(duì)驗(yàn)電手車開(kāi)展試用?，F(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證過(guò)程中，按照操作流程進(jìn)行驗(yàn)電，測(cè)試驗(yàn)電手車各項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)情況，并對(duì)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，如表3所示。

表3 驗(yàn)電手車現(xiàn)場(chǎng)試用結(jié)果統(tǒng)計(jì)

從表3所示的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證結(jié)果中可以看到，對(duì)于5種不同型號(hào)的開(kāi)關(guān)柜，測(cè)試過(guò)程中驗(yàn)電手車電動(dòng)調(diào)節(jié)模塊能夠正常工作，開(kāi)關(guān)柜隔離擋板能夠被順利開(kāi)啟，當(dāng)試品開(kāi)關(guān)柜后柜的線路側(cè)帶電時(shí)驗(yàn)電手車能夠可靠發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并且整個(gè)驗(yàn)電過(guò)程也可以通過(guò)清晰的監(jiān)控影像進(jìn)行觀察?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明驗(yàn)電手車的各項(xiàng)設(shè)計(jì)功能均能正常實(shí)現(xiàn)，能夠完成有效的安全可靠驗(yàn)電。

3.3 效果分析

通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試試驗(yàn)和在變電站內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，本文研制的10 kV中置式開(kāi)關(guān)柜通用型智能驗(yàn)電手車測(cè)試合格，各功能運(yùn)行正常，攝像監(jiān)控畫面清晰，監(jiān)控報(bào)警功能正常，驗(yàn)電報(bào)警及顯示正確，實(shí)現(xiàn)了其全部設(shè)計(jì)功能，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。與傳統(tǒng)驗(yàn)電方式相比，10 kV中置式開(kāi)關(guān)柜通用型智能驗(yàn)電手車實(shí)現(xiàn)了不同廠家、不同型號(hào)的開(kāi)關(guān)柜全程監(jiān)控及自主驗(yàn)電功能，通過(guò)顯示屏對(duì)驗(yàn)電過(guò)程實(shí)時(shí)顯示，具備聲光報(bào)警功能，具有良好的人機(jī)交互性能，驗(yàn)電結(jié)果準(zhǔn)確率高達(dá)100%，體現(xiàn)了驗(yàn)電手車驗(yàn)電的準(zhǔn)確性、可靠性和安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

10 kV中置式開(kāi)關(guān)柜通用型智能驗(yàn)電手車克服了現(xiàn)有驗(yàn)電方法的缺陷，重點(diǎn)突出安全性和可靠性，能夠監(jiān)控并自動(dòng)準(zhǔn)確調(diào)節(jié)手車高度和驗(yàn)電器位置，對(duì)驗(yàn)電過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)一鍵自動(dòng)化驗(yàn)電操作，體現(xiàn)了智能化電氣設(shè)備屬性。整體驗(yàn)電過(guò)程操作簡(jiǎn)單，驗(yàn)電結(jié)果準(zhǔn)確有效，解決了現(xiàn)有“五防”邏輯與驗(yàn)電流程存在的問(wèn)題，提高了電網(wǎng)運(yùn)行檢修的安全水平和智能化水平，具有良好的推廣價(jià)值。