一种适用于户内手车高压真空断路器的遥控合闸装置

苏贤，刘思议，卓俊彦，洪杰，邱才元，林颖锐，黄心怡，郭丽云

(国网漳州供电公司，福建 漳州 363000)

1 引言

城市电网线路缆化下地已成为配网建设不可逆的发展趋势，各式高压开关柜成为配电运维人员最主要的运维及操作对象[1-2]。在设备更迭过程中，新式设备的全面更换投运需要较长的时间周期，一类老式手摇合闸高压开关柜目前仍在服役，由于这类开关运行长久，在开合过程中可能存在拉弧的危险，实际操作过程中，难免出现电动操作失效，需要运维人员进行手动操作的情况，此时开关拉弧带来的安全风险将直接作用于运维人员，因此研制一种可以代替运维人员对开关进行合闸的遥控合闸装置作为更新换代过渡期的辅助安全措施显得尤为迫切。本文针对该问题，提出一种可实现对该类手摇合闸开关进行遥控合闸的操作装置，以规避运维人员在需要手动操作该类开关情况下所承担的安全风险。

2 手摇合闸断路器传统合闸方式

手摇合闸断路器操作面板的正面及手摇合闸摇把结构如图1所示，手动合闸的操作转动杆位于面板左侧区域，转动杆的剖面一般为正六边形，操作手把一般为Z字形。操作手把通过下端的正六边形卡套与转动杆进行可拔插的灵活连接，操作手把插入转动杆后，手握操作手把上端，一般正传24圈后，手摇断路器即可合闸。

图1 手车开关面板及合闸摇把

依据这种连杆操作手把的结构，可知力臂长度以及拉力大小后，即可求出断路器手摇合闸所需的力矩。

式中:为操作把转动轴到施力点的距离矢量，一般为14cm，为使用操作把使转动杆转动所需的最小矢量力，为使转动杆转动所需的最小力矩。

手摇合闸断路器手动合闸时，一般在摇至第15圈时，转动阻力最大，此时的转动最小力矩即可满足手动合闸全程合闸机构的转动。遥控合闸装置的转动扭矩应大于此时的最小力矩，应当留有充足的裕度，使遥控合闸装置应用于所需扭矩不同的手摇合闸断路器时均能有效动作，详细的测试数据将在下文中给出。

3 遥控合闸装置基本结构

如图2所示遥控合闸装置由固定杆、移动构件、电动装置、合闸接头组成，固定杆能够在一定范围内伸缩，杆两侧各焊接一块支撑板，固定时先使杆缩短进入柜体内，保持垂直状态，伸长杆体使杆体两侧顶住柜体，进而使遥控合闸装置固定在横向空间上，然后调节移动构件在纵向空间上移动，使电动装置的合闸接头与手车开关的旋转头匹配，此时，遥控合闸装置配置完毕，操作人员可撤离操作的手车开关柜体，利用遥控发信装置发出正传信号，完成手车开关合闸操作。

图2 遥控合闸装置结构

4 遥控合闸装置遥控与操作实现

本文遥控合闸装置的核心组件为电机模块，目前市面上适合的电机包括永磁直流无刷电机以及永磁直流有刷电机[3-4]，永磁直流无刷电机在使用寿命以及运行噪声等方面都较永磁直流有刷电机有着不可比拟的优势，但其控制电路复杂，整体价格高，相比之下，永磁直流有刷电机的控制电路简单，成本低廉。鉴于本文所述遥控合闸装置对于电机控制没有较高的要求，从成本考量出发，本文遥控合闸装置选用电机型号为XD-3420永磁有刷直流电机，额定电压为12V，额定电流2.42A，额定功率30W，计算其额定转矩为1.19kgf·cm，即11.9N·m。

为驱动电机模块，本文采用基于NE555时基芯片的占空比可调脉冲震荡电路对永磁有刷直流电机进行驱动[5]，如图3所示为脉冲震荡驱动电路原理图，调节电位器阻值即可实现占空比0%～100%之间的调节，端子3输出的PWM电压方波即可控制型号为RU7088R的N沟道MOS管在时间维度上以一定频率不断通断，不同的占空比使得流过电机的驱动电流在时间的积分上有不同值，达到控制电机转速的效果。

图3 直流电机驱动电路

为实现运维人员在安全距离外进行遥控操作，本文采用qichip型号为QA-R-010的无线遥控开关控制电源的通断，进而实现遥控指令的无线收发。QA-R-010无线遥控开关包含一个发射装置以及接受装置，接受装置可输入3.6V～24V的直流电源，红线为正极性输入端，黑线为负极性输入端，蓝线为正极输出端，灰线为负极输出端，输出电压与输入电压相同，发射装置为一个两按键遥控器，有三种输出模式，分别为点动、自锁、互锁，本文才用点动模式，点动模式即长按按键，开关模块导通，松开按键，开关模块立即断开。

图4 无线开关模块

5 现场遥控实验

采用拉力测试仪对一台退役手摇手车开关手动合闸所需的拉力进行测试，如表1所示，在手摇合闸摇至第15圈左右时，手摇合闸所需的最小拉力出现最大值，以此拉力计算出手摇全程所需的最小力矩为1.75N·m。

表1 拉力测试

统计了传统操作方式与利用遥控合闸装置进行合闸的操作时间，表2两者操作时长对比表明，采用遥控合闸装置进行合闸在规避风险的同时，操作效率甚至较纯手动操作的情况下还略有提升，在不增加时间成本的条件下，大幅降低了操作人员的操作风险。

表2 操作时间对比

6 结论

本文就目前配网中老式手遥合闸断路器需要运维人员近身操作存在安全风险的问题，提出并研制一种可以供运维人员与开关柜保持距离，遥控操作断路器合闸的辅助装置。详细介绍了该辅助装置样机的软、硬件基本组成以及使用方式。扭矩实验表明，该遥控合闸辅助装置能够满足手摇合闸断路器的合闸扭力需求，使用遥控合闸装置进行操作，与传统操作方式相比，操作时间相差无几，在保证时间成本不增加的条件下，规避了运维人员近身操作此类断路器时所承担的风险，装置具有良好的工程应用价值。