電動(dòng)底盤車“一鍵順控”數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)研究及應(yīng)用

章如海 王瑞元 陳淼澤

（興機(jī)電器有限公司）

0 引言

國家智能電網(wǎng)推廣一鍵順控關(guān)鍵技術(shù)的研究及應(yīng)用，對電動(dòng)底盤車進(jìn)行智能監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、信號傳輸、智能分析及對比判斷，幫助電網(wǎng)管理實(shí)現(xiàn)智能化五防聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控后臺的順控操作。幫助實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制技術(shù)、傳感和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、狀態(tài)自動(dòng)識別和智能判斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一鍵順控變電站硬件及后臺監(jiān)控等軟件智能化。

1 電動(dòng)底盤車“一鍵順控”技術(shù)概述

電動(dòng)底盤車的一鍵順控概念，主要從智能化防誤操作，監(jiān)控后臺及順控操作的控制模塊支持遠(yuǎn)方許可、遠(yuǎn)程監(jiān)控保護(hù)，高可靠性開關(guān)柜電動(dòng)手車的帶離合功能高可靠性電動(dòng)底盤車及智能化檢修方面著手。

根據(jù)電動(dòng)底盤車“一鍵順控”技術(shù)研究及數(shù)據(jù)智能分析應(yīng)用，是研究并實(shí)現(xiàn)電動(dòng)底盤車數(shù)據(jù)智能分析指導(dǎo)方法的整個(gè)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)智能化五防聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控后臺的順控操作，解決現(xiàn)有電動(dòng)底盤車維修麻煩的問題。它根據(jù)電機(jī)搖進(jìn)過程、搖出過程中理論電流值變化，設(shè)定每時(shí)刻預(yù)警電流值并存于控制模塊內(nèi)，控制模塊用于實(shí)時(shí)監(jiān)測底盤車電機(jī)的實(shí)際電流值并與預(yù)警電流值比較，并將故障數(shù)據(jù)傳輸至接收端，在接收端內(nèi)存儲(chǔ)故障原因、問題點(diǎn)描述、分析及維修建議，在接收端收到故障數(shù)據(jù)時(shí)，提供維修指導(dǎo)。本結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以通過接收端直接輸出故障的原因、分析及維修的建議，便于工作人員維修，使得產(chǎn)品維修更方便、更可靠，對工作人員的經(jīng)驗(yàn)要求少，降低人工成本。

2 電動(dòng)底盤車數(shù)據(jù)智能分析指導(dǎo)方法及系統(tǒng)

電動(dòng)底盤車數(shù)據(jù)智能分析指導(dǎo)方法及系統(tǒng)主要研究以下內(nèi)容：斷路器電流等級對應(yīng)插拔力關(guān)系；斷路器插拔力對應(yīng)搖進(jìn)扭矩關(guān)系；斷路器額定扭矩對應(yīng)電機(jī)額定功率大小；斷路器額定功率下不同扭矩對應(yīng)電流值變化；斷路器不同扭矩下定位架變形情況，斷路器不同電流下，電機(jī)極限承載能力；終端視屏指導(dǎo)概念等。

2.1 電動(dòng)底盤車數(shù)據(jù)智能分析指導(dǎo)方法步驟

2.1.1 根據(jù)斷路器額定電流等級對應(yīng)不同的單組梅花觸頭大小

根據(jù)短時(shí)持續(xù)電流的熱效應(yīng)計(jì)算裸導(dǎo)體橫截面積的方法，計(jì)算承受電流持續(xù)時(shí)間為0.2～5s的熱效應(yīng)的裸導(dǎo)體橫截面積：

式中，S為導(dǎo)體橫截面積，mm2；I為電流有效值，A；表示，并按下列規(guī)定取值：銅為13；鋁為8.5；鐵為4.5；鉛為2.5。t為電流通過時(shí)間，s；Δθ為溫升，K；對裸導(dǎo)體一般取180K；如果時(shí)間超過2s但小于5s，Δθ值可增加到215K。

本式考慮溫度升高并非嚴(yán)格的絕熱過程。

據(jù)GB 3906—2006《3～35kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)，可以先行選取捆綁式梅花觸頭，其中可計(jì)算捆綁式梅花的觸頭直徑、觸頭大小、觸指片數(shù)等數(shù)據(jù)。梅花觸頭設(shè)計(jì)壓力數(shù)據(jù)計(jì)算，導(dǎo)體的材料和截面積確定時(shí)，其允許通流量為一定值：

通過計(jì)算觸片數(shù)量N，每片壓力為F1（N）；測算梅花觸頭的阻力F＝tg250×N（觸片數(shù)量）×F1（觸片壓力）；摩擦力Ff＝f（摩擦系數(shù)）×N×F1。單項(xiàng)梅花觸頭的推進(jìn)阻力，包含單項(xiàng)梅花觸頭摩擦力Ff，計(jì)算在單個(gè)梅花觸頭插拔力中。整個(gè)斷路器的推進(jìn)阻力和單項(xiàng)無關(guān)，是活門、接地及斷路器滾動(dòng)對斷路器的整體摩擦力。

2.1.2 對選定的每組梅花觸頭大小進(jìn)行插拔力值測算

通過壓力測試機(jī)，測算不同額度器額定電流等級下對應(yīng)的插拔力，額度電流等級越高，測算出的插拔力值均越高，表1是市場通用的梅花觸頭插拔力數(shù)值。

表1 市場通用梅花觸頭規(guī)格

2.1.3 通過每組測算出的插拔力值計(jì)算出不同斷路器額定電流等級下所需的最大插拔力值

觸頭最大插拔力Fc＝插力（N），根據(jù)實(shí)際測算斷路器從試驗(yàn)位置到工作位置的變化推進(jìn)力Fx可以直接測試得出，最大插拔力（梅花觸頭插拔瞬間）Fmax≈6×Fc＋F0；Fmax為最大插拔力，F(xiàn)0約為推進(jìn)阻力，可以約為行進(jìn)過程中的推動(dòng)力，在實(shí)際計(jì)算過程中也可以忽略或者進(jìn)行估算。在步驟（3）后，進(jìn)行實(shí)際最大插拔力值測算（可以通過扭力扳手等進(jìn)行實(shí)際測算），并將該測算與計(jì)算得出的最大插拔力值進(jìn)行比較及矯正。

2.1.4 斷路器總的插拔力對應(yīng)搖進(jìn)扭矩關(guān)系

將不同斷路器額定電流等級下所需最大插拔力值代入公式Ta＝（Fmax×I）／（2×3.14×n1）中，計(jì)算出搖進(jìn)過程中不同斷路器額定電流等級下需要的最大扭矩值，式中Ta為驅(qū)動(dòng)扭矩；Fmax為總插拔力值；I為絲桿導(dǎo)程；n1為進(jìn)給絲桿的正效率。

觸頭插拔力F0≈推進(jìn)阻力（可以直接測試得出），最大插拔力（梅花觸頭插拔瞬間值）Fmax≈6Fc＋F0。

經(jīng)過計(jì)算不同斷路器額定電流下，得出最大插拔力數(shù)值Fmax如表2所示。

表2 不同規(guī)格搖進(jìn)扭矩參考值（F max）

12kV斷路器搖進(jìn)行程一般采用200mm，搖進(jìn)時(shí)間大概為30s。

搖進(jìn)時(shí)間：t＝行程／螺距×2π／ω

螺距10mm，角速度ω大致4～5rad／s。（t＝200／10×2π／4＝31.4s）

列舉時(shí)間，主要是考慮人工進(jìn)給速度。運(yùn)行時(shí)間的推算在故障原因產(chǎn)生及維修過程中可以作為一個(gè)佐證，也可以作為輸出的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，幫助接收端判斷故障。

2.1.5 斷路器不同額定電流等級下電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化功率選取

式中，Ta為驅(qū)動(dòng)扭矩；P為功率，n為轉(zhuǎn)速。

將不同額度電流等級的扭矩值及絲桿的轉(zhuǎn)速代入公式，即可算出需要的電機(jī)功率（P＝0.165kW，推薦電機(jī)功率180W）如圖1所示。

圖1 電機(jī)扭矩?cái)?shù)據(jù)（N·m）

2.1.6 相同功率下不同扭矩對應(yīng)電流值變化

斷路器搖進(jìn)過程的力值變化如圖2所示。

圖2 推進(jìn)力變化曲線（Fx）

根據(jù)插拔力變化可以計(jì)算（同步示波器測試）電流變化曲線，并設(shè)定預(yù)警電流值。如圖3所示。

圖3 電流變化曲線

控制模塊用于實(shí)時(shí)監(jiān)測底盤車電機(jī)的實(shí)際電流值并與預(yù)警電流值比較，并將故障數(shù)據(jù)傳輸至接收端。

2.2 電動(dòng)底盤車數(shù)據(jù)智能分析指導(dǎo)方法系統(tǒng)

2.2.1 在接收端內(nèi)存儲(chǔ)故障原因、問題點(diǎn)描述、分析及維修建議

接收端流程如圖4所示。

圖4 接收端流程

采集不同時(shí)刻可能出現(xiàn)的故障原因輸入接收端內(nèi)；對不同時(shí)刻的故障進(jìn)行問題點(diǎn)描述及分析可能原因；對不同時(shí)刻的故障提供維修建議；參看表3為底盤車行進(jìn)過程中通常存在的故障原因、問題點(diǎn)描述、分析及維修建議，在電流超過預(yù)警電流時(shí)，針對特定的時(shí)刻，接收端顯示該故障的原因、問題點(diǎn)描述、分析及維修建議等信息。通常接收端可以為移動(dòng)終端和／或遠(yuǎn)程終端。最終可在手機(jī)或者特定的APP內(nèi)顯示該故障的原因、問題點(diǎn)描述、分析及維修建議等信息，便于維修人員維修。

表3 各個(gè)節(jié)點(diǎn)故障原因分析

2.2.2 維修指導(dǎo)

接收端接收控制模塊的故障數(shù)據(jù)，并與存儲(chǔ)在接收端內(nèi)的數(shù)據(jù)相比對；將故障數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成柜體運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫及該項(xiàng)故障點(diǎn)動(dòng)畫顯示，并顯示故障原因、問題點(diǎn)描述、分析及維修建議和維修指導(dǎo)，如圖5所示。

圖5 故障指導(dǎo)邏輯示意

電動(dòng)底盤車數(shù)據(jù)智能分析指導(dǎo)系統(tǒng)，包括采集模塊、控制模塊、接收端。采集模塊，用于采集電動(dòng)底盤車運(yùn)行時(shí)的溫度、電機(jī)實(shí)際電流值至控制模塊；控制模塊，用于接收采集模塊的電機(jī)實(shí)際電流值并與預(yù)設(shè)的預(yù)警電流值進(jìn)行比對，當(dāng)實(shí)際電流值異常時(shí)，控制模塊輸出故障數(shù)據(jù)傳輸至接收端；接收端，用于存儲(chǔ)故障原因、問題點(diǎn)描述、分析及維修建議，接收端接收控制模塊的故障數(shù)據(jù)后與存儲(chǔ)的故障原因進(jìn)行比對，并將該故障原因?qū)?yīng)的問題點(diǎn)描述、分析及維修建議輸出。接收端將故障數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成柜體運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫及該項(xiàng)故障點(diǎn)動(dòng)畫顯示，并顯示故障原因、問題點(diǎn)描述、分析及維修建議維修指導(dǎo)，所述的接收端包括移動(dòng)終端和／或遠(yuǎn)程終端。

數(shù)據(jù)可以收集入專家診斷平臺，通過接收端直接輸出故障的原因、分析及維修的建議，便于發(fā)現(xiàn)問題，處理問題，并通過專家診斷平臺進(jìn)行故障預(yù)警。

3 結(jié)束語

隨著國家智能電網(wǎng)一鍵順控關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用，電力設(shè)備制造工藝的進(jìn)步，電力設(shè)備的供電裝置越來越穩(wěn)定，為了進(jìn)一步提高電力行業(yè)的自動(dòng)化程度，供電行業(yè)各單位全面展開了變電站無人值守化改造。

現(xiàn)有開關(guān)柜在實(shí)際使用過程中故障復(fù)雜多樣，維修麻煩，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。可以通過智能數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，大量收集數(shù)據(jù)，打造后臺專家診斷平臺，進(jìn)行預(yù)警排查。

為實(shí)現(xiàn)背景技術(shù)中預(yù)警能力，本文提供一種電動(dòng)底盤車數(shù)據(jù)智能分析指導(dǎo)方法及系統(tǒng)，對一鍵順控底盤車進(jìn)行全方面分析，提出智能數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，為國家智能電網(wǎng)的順利推廣做出底盤車的行業(yè)貢獻(xiàn)。