10k V开关手车电动操作工具的研制

山东青岛供电公司 吴子双 孙淑敏 刘立坤

0 引言

中置式开关柜主要用于发电厂，中小型发电机的送电，电力系统二次变电所的受电、送电，工矿企事业单位的配电，以及大型高压电动机的起动等[2]。而大部分变电站内开关柜开关手车仅能手动操作的现状，严重制约了企业能效的提高。

1 目前开关手车操作存在的问题

开关手车的手动操作工具为长约30厘米的铁质摇柄，操作过程不仅耗费体力巨大，还存在摇柄脱落的隐患。笔者在某35kV变电站进行10kV中置式开关柜操作试验，记录操作过程中出力与圈数的关系。如图1.1-1.4所示：

图1 .1 10kV主变开关柜出力图

图1 .2 10kV电容器开关柜出力图

图1 .3 10kV分段开关柜出力图

图1 .4 10kV线路开关柜出力图

从图中可以看出，最大瞬时出力为277.6N。以该变电站2015年6月30日执行的一张操作票为例，该任务要求连续操作49台开关手车，对操作人员的体力提出了极高要求。

为了研究摇柄脱落频率，笔者在35kV某变电站进行10kV开关手车操作试验。选取5名运维人员在同一开关柜分别进行摇进、摇出手车试验各五次，发现人均单次操作脱落次数为1.02次。若手车摇柄在动静触头即将接触时突然脱落[3]，动静触头间将发生放电，开关柜处于高度危险状态[4]，操作人员人身安全难以保全。

2 本文提出的解决方法

笔者根据现场实际经验，设计了一款开关手车电动操作工具，设计简图如图2所示：

图2 开关手车电动操作工具简图

笔者根据现场实际情况，从以下6个方面对设计方案进行分解：

电源选择、电机选择、制动方案设计、控制回路设计、防脱落方案设计以及总体结构设计。

2.1 电源的选择

笔者选定直接从墙面插座取220V交流电作为装置电源。 在对青岛市域变电站调查时发现，开关柜距墙面插座最大长度为9.8米，因此最终选定长度为10米的电源线。

2.2 电机选择

试验发现，手动操作速度约为1.5圈/秒，手车摇柄长度为0.14米。依据功率计算公式[5]：

其中，F为力，S为手车摇柄行进的距离，t为时间。手车摇柄行进距离为：

计算电机所需功率为：

因此笔者选择了一款带调速器功率为400W的单相交流异步电机。

2.3 制动方案

交流异步电动机取电方便，结构简单，易于维护，但其本身并不具备制动的能力。手车在操作过程中若出现异常情况，如机构闭锁、机械卡涩时应当自动停车，实现制动，避免损坏开关设备[7]。笔者综合考虑方案难度和制动性能，选定安全离合器作为制动装置[8]。

根据扭矩公式：

计算最大扭矩：

根据某公司提供的型号数据，笔者最终选用TL250-2型安全离合器。

3 设计方案检验

在笔者的不懈努力下，完成了电动操作工具的安装调试工作，各项功能达到了预期目标，接下来对最初设定的目标值进行检验。

3.1 做功校验

前文已将整个操作过程分为取操作工具、操作、放回操作工具三个过程，由此展开做功计算[9]。经过算分析，移动电动工具需要施加的拉力为22.3N。

电动操作时，忽略摇进、摇出手车所做的功，得到：

手动操作时忽略取、放摇柄所做的功，一次完整的停送电过程只计入操作两次开关手车的功。

经过计算分析发现，电动工具需移动距离越远，其优势越不明显。然而，即便是在电动工具距离需操作的开关柜20m的极端条件下，仍能节省做功53.6%！

3.2 脱落次数校验

为了有效、直观的检验电动操作工具的防脱效果，笔者再次到某变电站进行开关手车操作试验。5名运维人员分别手动、电动操作同一开关柜5次，脱落次数降为0。

4 应用前景及意义

开关手车电动工具投入使用后，操作过程做功减少了50%以上，有效减轻工作负担。同时改进了传统摇柄易脱落的弊端，在控制模块中嵌入遥控装置[10]，确保人员人身安全。10kV开关手车的电动工具推广使用后，有效缩短操作时间，提高工作效率，优化资源分配，增强了供电可靠性和企业效益。

[1]刘英肖.10kV手车式开关柜绝缘技术改进.

[2]吴健.35kV开关手车操作摇柄的改进.

[3]梅正南.手车式开关柜安全漏洞分析及治理方案.

[4]赵俊,吕旭军.对一起10kV封闭式开关柜手车触头烧毁事故的分析与建议.

[5]王秀敏.大学物理,2008.

[6]吴洪洋.高功率多电平变换器的研究和应用[J].电气传动,2000,30(2):7-12.

[7]王树强.10kV配电系统高压柜结构设计改进.

[8]许傲然,张柳,刘峰,张翼.Crowbar电路在低电压穿越技术中的研究[J].沈阳工程学院学报(自然科学版)2014(1):35-37.

[9]王平.太阳电池测试仪中数学模型的建立[J].仪器仪表学报,2002(4).

[10]刘志华,康现伟,于克训.SVPWM 整流器的三种矢量合成方法及其比较[J].电气传动自动化,2005,27(2).