一种智能机械操作装置的研制与应用

林志鹏 张小虎 冯锦文

摘要：高压开关柜是变电站内最常见的电气设备，具有通断、控制与保护等作用，由于操作频繁易导致分合闸操作失败等缺陷。现研制了一种智能机械操作装置，可以远距离对开关类设备进行分合闸操作，较好地解决了开关类设备就地操作的危险性问题，保证了人身安全;通过远方遥控操作装置的移动控制装置箱、支架及操作臂协调动作，可实现对处于任何位置的设备进行分闸操作，位置适应性强。

关键词：机械操作;控制回路断线;分闸操作

0    引言

10 kV高压开关柜广泛应用于电力系统中，由于运行年限长久、设备老化等原因，会出现分闸线圈长时间通电烧毁线圈、辅助开关节点接触不良或者转动卡涩等原因造成的控制回路断线，从而导致无法正常远方分闸的紧急缺陷。2017—2018年，某供电局发生了多起10 kV高压开关柜无法正常远控分合闸的紧急缺陷，在开关无法分合期间，若开关内部或外部线路再次出现故障，则可能导致开关爆炸，越级跳10 kV母联和主变开关，引起10 kV母线失压的电网事故，因此必须采取可靠的措施对开关柜进行紧急分闸操作。

1    提出问题

10 kV高压开关柜在经过长时间的运行之后，不可避免地会出现控制失灵等问题，具体表现为分合闸线圈烧毁、辅助开关触点接触不到位、转动部分有卡涩和零部件受震动脱落等等，这些都有可能导致控制回路断线，从而造成开关远控分闸失败。当系统内发生故障存在短路电流，而恰好相应的高压开关柜远控分闸失灵时，为了不扩大事故范围，只能采取近控分闸的方式。现行的电气操作导则不允许开关就地操作，因为开关就地操作具有潜在的危险性，若此时开关由于故障分不开或短路，将引起开关真空泡爆炸，造成巨大的人身伤亡和电网事故。基于此，本文提出研制一种智能机械操作装置，通过操作该装置来代替人进入到操作现场，实现开关的就地分闸操作。

2    技术关键点及创新点

针对现有技术的不足，研制一种智能机械操作装置，如图1所示，通过该操作装置实现10 kV高压开关柜的紧急分闸。

为达到上述目的，采用如下技术方案：该智能机械操作装置包括与收发装置通信连接的控制器，用于带动智能操作装置运动的移动组件，用于检测被测设备的检测器，用于分合闸操作的分合闸电磁铁，用于调节分合闸电磁铁位置的调节装置，所述移动组件、检测器、分合闸电磁铁、调节装置均与控制器电连接。通过预先设置，外界收发装置发射信号至控制器，控制器接收信号进行信号分析，然后通过控制移动组件的移动，将智能操作装置移动至需要操作的开关类设备的前方。该智能机械操作装置通过检测器进行检测并将数据发送给控制器，控制器进行数据处理，然后控制调节装置，通过调节装置的调节使得分合闸电磁铁能够对准所需操作的设备，通过控制器控制分合闸电磁铁对所需操作的设备进行分合闸操作，提高了安全性和效率。

其中，移动组件2、检测器3、分合闸电磁铁4、调节装置5均与控制器1电连接。

控制器1为包裹有箱体结构的控制装置箱，内部配置高性能单片机。移动组件2包括两个履带，两个履带对称安装于控制装置箱两侧。这样设置是为了带动智能操作装置移动，适应不同的地方，避免在不平的地方陷下去。

检测器3为可提供图像信息的摄像头。这样设置是为了利用摄像头的近距离视野找到所需操作的设备位置。调节装置5包括支架51和操作臂52，支架51垂直且可转动安装于控制装置箱上，操作臂52与支架51连接。这样设置是为了提供简单方便的调节装置，通过支架的可转动适应360°的转动角度，从而实现不同位置的分合闸线圈的分合闸操作。

支架51和操作臂52均为套筒式的可伸缩结构。这样设置是为了实现不同位置的分合闸线圈的分合闸操作，使得远近距离都可调，提高智能操作装置的灵活性。

另外，检测器3和分合闸电磁铁4依次安装于操作臂52远离支架51的端部。这样设置是为了便于通過调节支架和操作臂调节检测器和分合闸电磁铁的位置，从而便于更接近所需操作的设备。

该智能操作装置的使用方法及创新点如下：

在使用时，通过远距离操控控制装置箱，先将摄像头打开，再控制履带移动到需要操作的开关类设备的前方，利用摄像头的近距离视野找到所需操作的设备位置，然后调整好支架51的高度及角度和操作臂52的距离，使分合闸电磁铁4能够对准所需操作的设备，最后由控制分合闸电磁铁4来对所需操作的设备进行分合闸操作。

创新点1：利用遥控移动操作装置的方式，避免操作人员进入现场，防止操作带来的人身伤亡事故。

创新点2：采用抓地能力和越障能力极强的履带，杜绝了现场地面凹凸不平带来的装置倒塌误碰运行设备的隐患。

创新点3：采用可调节的支架和操作臂，可自由升降和水平调节，对准开关的分闸按钮，进行精准的远控撞击实现分闸操作。

3    使用成效

该智能操作装置已经多次成功处理了10 kV开关拒分的紧急缺陷。有多台高压柜分别因线圈铁芯卡阻、微动开关故障、辅助开关接触不良和线圈绝缘降低电阻偏大等原因，出现开关机构控制回路断线或分闸线圈烧毁、开关拒分的紧急缺陷。现场采用该智能机械操作装置，实现了对开关的紧急远控分闸操作处理，避免越级跳闸停电。利用可升降调节、可无线遥控进场和可视操作功能的智能机械操作装置，可以立即对缺陷进行处理，防止扩大停电范围，降低停电带来的经济损失。

4    结语

本文研制的智能机械操作装置，能够快速可靠地应对各种情况下的高压开关远控拒分的情况，保障了人身及设备的安全，且能够及时切断故障电流，大大降低了系统运行的风险，获得了良好的社会效益和经济效益，有效地保证了供电可靠性和电网安全。受该装置的启发，可将类似的装置加以改装并应用到更多的紧急场合，改善设备操作的方式，提升操作的安全性，将操作风险降到最低。

[参考文献]

[1] 彭玉琢.浅析变电检修的技术注意事项及建议[J].广东科技，2012（3）：63-64.

[2] 卢烨.电力系统变电检修技术探讨[J].商品与质量·学术观察，2013（6）：206.

[3] 袁大陆，杜彦明.电力系统的防误操作情况及防误操作装置的应用[J].高压电器，2002，38（5）：8-11.

[4] 电力设备检修试验规程：Q/CSG 1206007—2017[S].

收稿日期：2019-11-06

作者简介：林志鹏（1996—），男，广东江门人，变电检修中级工，主要从事110 kV及以上变电站一次电气设备检修、维护工作。