10k V開關(guān)手車電動操作工具的研制

山東青島供電公司 吳子雙 孫淑敏 劉立坤

0 引言

中置式開關(guān)柜主要用于發(fā)電廠，中小型發(fā)電機的送電，電力系統(tǒng)二次變電所的受電、送電，工礦企事業(yè)單位的配電，以及大型高壓電動機的起動等[2]。而大部分變電站內(nèi)開關(guān)柜開關(guān)手車僅能手動操作的現(xiàn)狀，嚴(yán)重制約了企業(yè)能效的提高。

1 目前開關(guān)手車操作存在的問題

開關(guān)手車的手動操作工具為長約30厘米的鐵質(zhì)搖柄，操作過程不僅耗費體力巨大，還存在搖柄脫落的隱患。筆者在某35kV變電站進(jìn)行10kV中置式開關(guān)柜操作試驗，記錄操作過程中出力與圈數(shù)的關(guān)系。如圖1.1-1.4所示：

圖1 .1 10kV主變開關(guān)柜出力圖

圖1 .2 10kV電容器開關(guān)柜出力圖

圖1 .3 10kV分段開關(guān)柜出力圖

圖1 .4 10kV線路開關(guān)柜出力圖

從圖中可以看出，最大瞬時出力為277.6N。以該變電站2015年6月30日執(zhí)行的一張操作票為例，該任務(wù)要求連續(xù)操作49臺開關(guān)手車，對操作人員的體力提出了極高要求。

為了研究搖柄脫落頻率，筆者在35kV某變電站進(jìn)行10kV開關(guān)手車操作試驗。選取5名運維人員在同一開關(guān)柜分別進(jìn)行搖進(jìn)、搖出手車試驗各五次，發(fā)現(xiàn)人均單次操作脫落次數(shù)為1.02次。若手車搖柄在動靜觸頭即將接觸時突然脫落[3]，動靜觸頭間將發(fā)生放電，開關(guān)柜處于高度危險狀態(tài)[4]，操作人員人身安全難以保全。

2 本文提出的解決方法

筆者根據(jù)現(xiàn)場實際經(jīng)驗，設(shè)計了一款開關(guān)手車電動操作工具，設(shè)計簡圖如圖2所示：

圖2 開關(guān)手車電動操作工具簡圖

筆者根據(jù)現(xiàn)場實際情況，從以下6個方面對設(shè)計方案進(jìn)行分解：

電源選擇、電機選擇、制動方案設(shè)計、控制回路設(shè)計、防脫落方案設(shè)計以及總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.1 電源的選擇

筆者選定直接從墻面插座取220V交流電作為裝置電源。 在對青島市域變電站調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，開關(guān)柜距墻面插座最大長度為9.8米，因此最終選定長度為10米的電源線。

2.2 電機選擇

試驗發(fā)現(xiàn)，手動操作速度約為1.5圈/秒，手車搖柄長度為0.14米。依據(jù)功率計算公式[5]：

其中，F(xiàn)為力，S為手車搖柄行進(jìn)的距離，t為時間。手車搖柄行進(jìn)距離為：

計算電機所需功率為：

因此筆者選擇了一款帶調(diào)速器功率為400W的單相交流異步電機。

2.3 制動方案

交流異步電動機取電方便，結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)，但其本身并不具備制動的能力。手車在操作過程中若出現(xiàn)異常情況，如機構(gòu)閉鎖、機械卡澀時應(yīng)當(dāng)自動停車，實現(xiàn)制動，避免損壞開關(guān)設(shè)備[7]。筆者綜合考慮方案難度和制動性能，選定安全離合器作為制動裝置[8]。

根據(jù)扭矩公式：

計算最大扭矩：

根據(jù)某公司提供的型號數(shù)據(jù)，筆者最終選用TL250-2型安全離合器。

3 設(shè)計方案檢驗

在筆者的不懈努力下，完成了電動操作工具的安裝調(diào)試工作，各項功能達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，接下來對最初設(shè)定的目標(biāo)值進(jìn)行檢驗。

3.1 做功校驗

前文已將整個操作過程分為取操作工具、操作、放回操作工具三個過程，由此展開做功計算[9]。經(jīng)過算分析，移動電動工具需要施加的拉力為22.3N。

電動操作時，忽略搖進(jìn)、搖出手車所做的功，得到：

手動操作時忽略取、放搖柄所做的功，一次完整的停送電過程只計入操作兩次開關(guān)手車的功。

經(jīng)過計算分析發(fā)現(xiàn)，電動工具需移動距離越遠(yuǎn)，其優(yōu)勢越不明顯。然而，即便是在電動工具距離需操作的開關(guān)柜20m的極端條件下，仍能節(jié)省做功53.6%！

3.2 脫落次數(shù)校驗

為了有效、直觀的檢驗電動操作工具的防脫效果，筆者再次到某變電站進(jìn)行開關(guān)手車操作試驗。5名運維人員分別手動、電動操作同一開關(guān)柜5次，脫落次數(shù)降為0。

4 應(yīng)用前景及意義

開關(guān)手車電動工具投入使用后，操作過程做功減少了50%以上，有效減輕工作負(fù)擔(dān)。同時改進(jìn)了傳統(tǒng)搖柄易脫落的弊端，在控制模塊中嵌入遙控裝置[10]，確保人員人身安全。10kV開關(guān)手車的電動工具推廣使用后，有效縮短操作時間，提高工作效率，優(yōu)化資源分配，增強了供電可靠性和企業(yè)效益。

[1]劉英肖.10kV手車式開關(guān)柜絕緣技術(shù)改進(jìn).

[2]吳健.35kV開關(guān)手車操作搖柄的改進(jìn).

[3]梅正南.手車式開關(guān)柜安全漏洞分析及治理方案.

[4]趙俊,呂旭軍.對一起10kV封閉式開關(guān)柜手車觸頭燒毀事故的分析與建議.

[5]王秀敏.大學(xué)物理,2008.

[6]吳洪洋.高功率多電平變換器的研究和應(yīng)用[J].電氣傳動,2000,30(2):7-12.

[7]王樹強.10kV配電系統(tǒng)高壓柜結(jié)構(gòu)設(shè)計改進(jìn).

[8]許傲然,張柳,劉峰,張翼.Crowbar電路在低電壓穿越技術(shù)中的研究[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)2014(1):35-37.

[9]王平.太陽電池測試儀中數(shù)學(xué)模型的建立[J].儀器儀表學(xué)報,2002(4).

[10]劉志華,康現(xiàn)偉,于克訓(xùn).SVPWM 整流器的三種矢量合成方法及其比較[J].電氣傳動自動化,2005,27(2).