一種高壓真空配電裝置隔離手車電動(dòng)推移智能裝置研究

王亮軍

（潞安環(huán)能股份有限公司五陽(yáng)煤礦，山西 長(zhǎng)治 046200）

1 智能化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的應(yīng)用情況

隨著智能化礦山進(jìn)程的不斷推進(jìn)[1-5]，煤礦采掘、機(jī)電、運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)環(huán)節(jié)中使用的設(shè)備越來(lái)越智能化、信息化，甚至現(xiàn)在很多先進(jìn)的設(shè)備、先進(jìn)的系統(tǒng)已然能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制。在此背景之下，井下變電所的日常運(yùn)行如何實(shí)現(xiàn)安全、可靠的無(wú)人值守已成為一個(gè)急需解決的技術(shù)難題和攻克重點(diǎn)。

通過(guò)前期市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前大多數(shù)煤礦井下供電系統(tǒng)的智能化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要是針對(duì)如何控制高壓真空配電裝置的分合閘、調(diào)整保護(hù)參數(shù)、監(jiān)控收集電壓電流電量等運(yùn)行參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)和制作。但在日常實(shí)踐工作中發(fā)現(xiàn)，以上功能的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能確保、井下供電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。如在實(shí)際工作中，如對(duì)某臺(tái)電氣設(shè)備檢修，則需要對(duì)上級(jí)電源停電，同時(shí)要求將上級(jí)電源（高壓真空配電裝置）的隔離小車搖出。但在調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)目前市場(chǎng)上所有的智能化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)均不具備該項(xiàng)功能，處于絕對(duì)的空白狀態(tài)。

2 高壓真空配電裝置隔離手車電動(dòng)推移智能裝置

該隔離手車電動(dòng)推移智能裝置的設(shè)計(jì)和制作就是為了解決某臺(tái)電氣設(shè)備檢修時(shí)將上級(jí)電源隔離小車控制電動(dòng)搖進(jìn)搖出的技術(shù)難題。

2.1 設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)了一套高壓真空配電裝置隔離手車電動(dòng)推移裝置，該裝置由控制單元、傳動(dòng)單元兩部分組成。傳動(dòng)單元由成套的電牽引裝置組成，控制單元的控制回路通過(guò)對(duì)傳動(dòng)單元的精準(zhǔn)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)將隔離手車推移至合、分位置的功能，并在試驗(yàn)過(guò)程中安裝、調(diào)試、調(diào)整行程位置。

2.2 電氣原理設(shè)計(jì)圖及工作原理

隔離手車搖出（出車功能）：按下合閘按鈕→出車?yán)^電器J1 得電→JI-1/JI-2 接通→伸縮電機(jī)動(dòng)作，隔離手車搖出→隔離手車移動(dòng)至“出限位”位置處→出限位指示燈亮。

隔離手車搖進(jìn)（進(jìn)車功能）：按下分閘按鈕→進(jìn)車?yán)^電器J2 得電→J2-1/J2-2 接通→伸縮電機(jī)動(dòng)作，隔離手車搖進(jìn)→隔離手車移動(dòng)至“進(jìn)限位”位置處→進(jìn)限位指示燈亮，如圖1 所示。

圖1 隔離手車電動(dòng)推移裝置電氣原理圖

2.3 技術(shù)方案及實(shí)物制作

傳動(dòng)單元（見(jiàn)圖2）中電牽引裝置主要參數(shù)：型號(hào)XDHA12-150，工作行程150 mm，工作電壓DC12 V，最大推力1 000 N。按照電氣原理圖安裝、布線，安裝電牽引裝置，通過(guò)調(diào)試合理調(diào)整行程位置，確保隔離手車合到位、分到位。

圖2 傳動(dòng)單元實(shí)物圖

控制單元（見(jiàn)圖3）中將隔離手車的合、分開(kāi)關(guān)使用專用線路連接至開(kāi)關(guān)面板的備用按鈕，實(shí)現(xiàn)按鈕控制隔離手車的搖進(jìn)、搖出，同時(shí)也可使用與每臺(tái)開(kāi)關(guān)控制單元相配套的遙控器控制隔離手車的搖進(jìn)、搖出。

圖3 控制單元實(shí)物圖

3 變電站手車智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

變電站手車智能化系統(tǒng)通過(guò)整體配電方案的優(yōu)化，降低了用戶的運(yùn)維強(qiáng)度、提升了用電管理工作的管控效率。系統(tǒng)軟件深度融合了當(dāng)前發(fā)展迅速的高速通信技術(shù)、高精度傳感技術(shù)以及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，系統(tǒng)整體具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、智能化標(biāo)準(zhǔn)化程度高、實(shí)時(shí)反饋以及響應(yīng)時(shí)間較短等優(yōu)勢(shì)。

3.1 設(shè)備健康管理

通過(guò)設(shè)備建模和大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，主要參數(shù)包括設(shè)備電氣特性、機(jī)械特性和溫度特性等，將監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，對(duì)于異常數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行預(yù)警提示，確保風(fēng)險(xiǎn)的防范和故障的及時(shí)排除。相較于傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示，健康管理系統(tǒng)能夠以更直觀的方式顯示設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，為提升用戶設(shè)備管理的效率和質(zhì)量打下扎實(shí)基礎(chǔ)。

1）開(kāi)關(guān)柜狀態(tài)。開(kāi)關(guān)柜狀態(tài)相關(guān)參數(shù)顯示主要包括斷路器工作狀態(tài)、小車實(shí)時(shí)位置、開(kāi)關(guān)柜動(dòng)作次數(shù)、保護(hù)系統(tǒng)工作次數(shù)以及待維修天數(shù)等。一旦開(kāi)關(guān)柜的健康狀態(tài)不滿足相關(guān)指標(biāo)，健康系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)發(fā)出異常預(yù)警同時(shí)根據(jù)異常原因?qū)⒔鉀Q措施傳遞至用戶終端。

2）開(kāi)關(guān)柜機(jī)械特性。機(jī)械特性相關(guān)參數(shù)主要是對(duì)斷路器工作狀態(tài)的細(xì)化。主要參數(shù)包括斷路器分閘合閘速度、分閘合閘時(shí)間、分閘反彈、合閘行程、合閘反彈和觸頭開(kāi)距等多項(xiàng)指標(biāo)，根據(jù)測(cè)得參數(shù)進(jìn)行雷達(dá)圖的繪制，根據(jù)雷達(dá)圖和陰影區(qū)域范圍進(jìn)行狀態(tài)的劃分，將實(shí)時(shí)檢測(cè)結(jié)果在雷達(dá)圖中的落點(diǎn)作為判別依據(jù)實(shí)現(xiàn)故障診斷目標(biāo)。

3）開(kāi)關(guān)柜電氣特性。電氣特性主要用于電路的工作狀態(tài)細(xì)化，主要檢測(cè)參數(shù)包括分合閘線圈電流、儲(chǔ)能電動(dòng)機(jī)和地盤車電動(dòng)機(jī)電流以及響應(yīng)時(shí)間等。由于電器模塊涉及參數(shù)較多，因此用戶根據(jù)需要查詢電氣特性模塊中對(duì)應(yīng)的動(dòng)作曲線，動(dòng)作曲線以坐標(biāo)系的形式直觀呈現(xiàn)，橫向坐標(biāo)為動(dòng)作次數(shù)，左縱標(biāo)為電流軸，右縱標(biāo)為時(shí)間軸。

4）開(kāi)關(guān)柜溫度特性。溫度特性主要用于檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜溫度參數(shù)是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，主要檢測(cè)參數(shù)包括斷路器上下觸頭、母線、出線電纜接頭實(shí)時(shí)溫度，同外界溫度變化速率相結(jié)合，進(jìn)行溫度狀態(tài)的判斷。開(kāi)關(guān)溫度特性柱狀圖如圖4 所示。

圖4 開(kāi)關(guān)溫度特性柱狀圖

3.2 日常運(yùn)維管理

日常維運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生的維運(yùn)信息應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行記錄，以檔案的形式存儲(chǔ)在系統(tǒng)的指定區(qū)域并進(jìn)行標(biāo)號(hào)，操作人員可以根據(jù)標(biāo)號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)信息的提取，降低維運(yùn)難度。設(shè)備檔案是將設(shè)備相關(guān)參數(shù)以電子信息卡的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，電子信息卡主要包括以下信息：設(shè)備出廠時(shí)相關(guān)參數(shù)、設(shè)備額定參數(shù)以及動(dòng)態(tài)參數(shù)等，為設(shè)備的順利調(diào)試和運(yùn)行提供指導(dǎo)。

3.3 專家系統(tǒng)

通過(guò)智能分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)斷路器的操作機(jī)構(gòu)、電動(dòng)底盤車、電動(dòng)接地刀等設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以數(shù)據(jù)的形式向用戶進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)反饋，并且能夠根據(jù)設(shè)備異常情況及時(shí)發(fā)出警報(bào)并給出故障處理方案;系統(tǒng)集成有光纖測(cè)溫技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)指定位置溫度的實(shí)時(shí)采集，并同外界溫升情況以及設(shè)備負(fù)載情況相比較，進(jìn)行溫度特性的故障判斷，一旦溫度過(guò)高，系統(tǒng)及時(shí)發(fā)出警報(bào)并給出處理方案;系統(tǒng)通過(guò)對(duì)斷路器相關(guān)參數(shù)的監(jiān)測(cè)進(jìn)行設(shè)備機(jī)械特性的判斷，通過(guò)高精度傳感器合分閘時(shí)間、速度、開(kāi)距和超程等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能直接反映出斷路器的機(jī)械特性，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)故障預(yù)警和實(shí)時(shí)反饋的目標(biāo)，提升了設(shè)備維運(yùn)效率和使用壽命。

3.4 環(huán)境管理

能夠?qū)h(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和安防系統(tǒng)集成在智能系統(tǒng)中統(tǒng)一進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提升了監(jiān)測(cè)效率，擴(kuò)展了軟件功能。安防管理工作通常需要投入專人進(jìn)行負(fù)責(zé)，人力物力消耗較為嚴(yán)重，將其集成于供配電管理軟件中能夠顯著提升管控效率和質(zhì)量。

環(huán)境管理工作主要包括配電室內(nèi)部溫濕度信息、照明煙霧報(bào)警信息、水浸、玻璃破碎和三監(jiān)防護(hù)等參數(shù)。為了便于用戶觀測(cè)，該模塊在界面設(shè)置時(shí)采用對(duì)稱設(shè)置的形式，面板左側(cè)依次顯示配電室環(huán)境參數(shù)，進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);右側(cè)依次顯示相關(guān)參數(shù)信息，一旦信息出現(xiàn)異常，左側(cè)對(duì)應(yīng)模塊也呈現(xiàn)出異常狀態(tài)，提升故障診斷效率。

4 結(jié)語(yǔ)

1）該高壓真空配電裝置隔離手車電動(dòng)推移裝置的設(shè)計(jì)及制作成功填補(bǔ)了高壓真空配電裝置自動(dòng)控制隔離手車分、合的相關(guān)技術(shù)空白。投入運(yùn)行以來(lái)，該裝置運(yùn)行可靠，動(dòng)作準(zhǔn)確，解決了停電檢修時(shí)需安排專人到現(xiàn)場(chǎng)搖進(jìn)、搖出隔離手車的問(wèn)題。

2）目前該裝置已能在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)高壓真空配電裝置隔離手車的搖進(jìn)、搖出功能?，F(xiàn)在，正在編制相應(yīng)控制程序?qū)懭氡Ｗo(hù)之中，并通過(guò)供電系統(tǒng)智能化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)隔離手車搖進(jìn)、搖出功能的遠(yuǎn)程控制。