陳松，應(yīng)東，璩光明，何軍，王浦任，劉磊

（國網(wǎng)寧夏電力有限公司銀川供電公司，寧夏銀川 750011）

0 引言

中置式開關(guān)柜因其結(jié)構(gòu)緊湊、封閉良好和安全可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)特別是10 kV配電系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用[1-4]。在對開關(guān)柜及手車斷路器等設(shè)備進(jìn)行檢修和試驗(yàn)等工作中，停電完成后需對開關(guān)柜出線側(cè)進(jìn)行驗(yàn)電，確認(rèn)出線側(cè)不帶電后方可合上接地開關(guān)，以避免帶負(fù)荷接地事故的發(fā)生，確保人身和電網(wǎng)設(shè)備安全。開關(guān)柜現(xiàn)有“五防”閉鎖邏輯中，為防止誤入帶電間隔，只有合上接地開關(guān)后才能打開后柜門，這與應(yīng)首先檢測確認(rèn)出線側(cè)無電后方能合接地開關(guān)的驗(yàn)電措施產(chǎn)生沖突。目前常用的驗(yàn)電方式是利用驗(yàn)電手車打開開關(guān)柜前柜內(nèi)隔離擋板，檢驗(yàn)線路側(cè)靜觸頭是否有電；但是，這種驗(yàn)電方式卻存在一些問題：一方面，這種驗(yàn)電手車設(shè)計(jì)上存在一定的缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致試用過程中驗(yàn)電手車易發(fā)生傾倒，容易造成人身傷亡事故；另一方面，其尺寸固定，在設(shè)備通用性方面也存在著一定的不足。此外，因無法判斷靜觸頭與驗(yàn)電器是否接觸良好，進(jìn)而使得該驗(yàn)電方式缺乏足夠的安全性和可靠性[5-7]?，F(xiàn)有驗(yàn)電方式的諸多不利因素均對日常檢修工作的安全順利開展造成了極大的障礙，因此，研制一種符合相關(guān)規(guī)程要求，消除安全隱患，且可以監(jiān)控驗(yàn)電器與開關(guān)柜內(nèi)觸頭接觸情況的通用型智能驗(yàn)電手車，對于日常檢修工作的順利開展和檢修人員的生命安全來說具有重要意義[8-10]。根據(jù)現(xiàn)有驗(yàn)電方式進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)，研制了一種10 kV中置式開關(guān)柜通用型智能驗(yàn)電手車，借助電動調(diào)節(jié)模塊和攝像頭監(jiān)測模塊使驗(yàn)電手車在實(shí)現(xiàn)有效驗(yàn)電這一基礎(chǔ)功能之外，同時兼具通用性和智能性，實(shí)現(xiàn)了安全有效的智能驗(yàn)電。

1 驗(yàn)電手車的設(shè)計(jì)

10 kV中置式開關(guān)柜通用型智能驗(yàn)電手車三維結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由基本構(gòu)架、智能調(diào)節(jié)驗(yàn)電模塊和智能監(jiān)控模塊三大部分組成。考慮驗(yàn)電手車在實(shí)際使用過程中的安全性，避免在移動及驗(yàn)電過程中發(fā)生傾倒，手車底座選用真空斷路器手車同型底座，結(jié)合步進(jìn)電機(jī)的使用在實(shí)現(xiàn)手車搖進(jìn)搖出功能的同時滿足安全和穩(wěn)定性需求。同時，手車金屬部分多選用鋁合金進(jìn)行加工制作，在滿足機(jī)械強(qiáng)度和性能要求的前提下盡可能降低整體重量，提升使用體驗(yàn)。

圖1 10 kV中置式開關(guān)柜通用型智能驗(yàn)電手車三維結(jié)構(gòu)

如圖1所示，攝像頭、顯示屏、控制器模組、供電模塊、驗(yàn)電高度調(diào)節(jié)模組、驗(yàn)電寬度調(diào)節(jié)模組、驗(yàn)電器、手車底座與寬度調(diào)節(jié)模組以及驗(yàn)電動作模組等9部分（序號1至9）共同構(gòu)成驗(yàn)電手車的智能監(jiān)控和智能調(diào)節(jié)部分。設(shè)計(jì)上，一方面智能監(jiān)控部分采用紅外測距傳感器和霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器分別對手車進(jìn)出過程中距離和角度的變化進(jìn)行實(shí)時檢測，并借助全彩攝像頭對暗光條件下的調(diào)節(jié)動作進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，結(jié)合報警功能便可對驗(yàn)電模塊高度調(diào)節(jié)過程、驗(yàn)電模塊的位置及移動、以及電動調(diào)節(jié)模塊的調(diào)整進(jìn)行監(jiān)測和判斷；另一方面，將智能調(diào)節(jié)和智能監(jiān)控部分相結(jié)合的設(shè)計(jì)，使得智能調(diào)節(jié)部分能夠在監(jiān)控部分對驗(yàn)電器與靜觸頭接觸情況實(shí)時監(jiān)控的情況下，實(shí)現(xiàn)對驗(yàn)電模塊的及時動態(tài)調(diào)整，從而提高驗(yàn)電準(zhǔn)確性和可靠性。

2 驗(yàn)電手車的功能實(shí)現(xiàn)

根據(jù)前期的實(shí)際調(diào)研分析和功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)制作的驗(yàn)電手車在有效驗(yàn)電這一主體功能的實(shí)現(xiàn)過程上被劃分為手車搖進(jìn)與開關(guān)柜隔離檔板開啟、驗(yàn)電過程智能調(diào)節(jié)監(jiān)控以及帶電響應(yīng)報警等三大部分。

在驗(yàn)電手車搖進(jìn)或搖出開關(guān)柜的過程中，鋰電池作為動力源為步進(jìn)電機(jī)和電動調(diào)節(jié)部分提供電能，電動調(diào)節(jié)模塊通過與手車底座導(dǎo)軌相配合的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，進(jìn)而依據(jù)開關(guān)柜尺寸對手車底盤寬度和感應(yīng)式驗(yàn)電器的高度和寬度進(jìn)行電動調(diào)節(jié)，使手車具備一定的通用性。剛性抱緊式連接器將滑臺與電機(jī)進(jìn)行連接，既保證了調(diào)節(jié)精度又避免了移動過程中滑臺出現(xiàn)松動的可能，使驗(yàn)電過程更具穩(wěn)定性。此外，由高壓開關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)可知，前后柜空間在水平方向上被隔離擋板一分為二，將后柜高壓帶電部分與前柜空間之間形成物理隔離，避免操作人員誤碰高壓帶電體，起到保障人員安全的作用。當(dāng)手車在柜體內(nèi)前進(jìn)直至遇到隔離擋板時，分離式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的U型壓合口將會推動隔離擋板連桿，將上下隔離擋板打開以便驗(yàn)電器進(jìn)行驗(yàn)電。

驗(yàn)電手車在開關(guān)柜內(nèi)移動的過程中，處理器模塊將從手車移動前進(jìn)過程中采集到的各個傳感器數(shù)據(jù)處理為手車的位置信息，并發(fā)送至電動調(diào)節(jié)和高度調(diào)節(jié)模塊的各個控制電機(jī)以及攝像監(jiān)控模塊，進(jìn)而在水平和垂直方向上對驗(yàn)電觸頭高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時對驗(yàn)電模塊與開關(guān)柜靜觸頭的接觸情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)驗(yàn)電過程的可視化和智能化。此外，預(yù)先編制并寫入處理器中的操作程序在驗(yàn)電手車操作面板輔助下使得操作人員不但能夠在操作方式上實(shí)現(xiàn)按鈕控制和觸摸控制，而且在驗(yàn)電方式上既可以按照操作順序進(jìn)行手動操作也可選擇自動驗(yàn)電，從而實(shí)現(xiàn)一鍵驗(yàn)電的自動化操作。驗(yàn)電小車在智能化和自動化方面的表現(xiàn)使其在當(dāng)今電氣設(shè)備愈加智能的趨勢中展現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。

驗(yàn)電手車被推入開關(guān)柜的過程中伴隨著U型壓合口將隔離擋板打開，當(dāng)驗(yàn)電桿前端的驗(yàn)電觸頭通過打開的隔離擋板繼續(xù)前進(jìn)至與帶電靜觸頭間的空氣隙被擊穿，即驗(yàn)電器檢測到開關(guān)柜靜觸頭帶電后，隨之發(fā)出相應(yīng)的電信號接通聲光報警系統(tǒng)進(jìn)而發(fā)出聲光報警信號，最終實(shí)現(xiàn)驗(yàn)電并警示的功能。此外，感應(yīng)式驗(yàn)電器的自檢功能則能夠?qū)崿F(xiàn)在進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)電操作前先對自身功能進(jìn)行核驗(yàn)的目的，在保證驗(yàn)電準(zhǔn)確性的同時也滿足了安全驗(yàn)電操作規(guī)程，有效保障了操作人員的人身安全。

綜上所述，10 kV中置式開關(guān)柜通用型智能驗(yàn)電手車的具體驗(yàn)電過程見圖2。處理器模塊和相應(yīng)的傳感器組件對于驗(yàn)電功能是否能夠順利實(shí)現(xiàn)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，每一項(xiàng)操作的有效完成與否都可以通過處理器對獲取的傳感器信號做出邏輯判斷，只有在獲得相應(yīng)的判斷結(jié)果后才能進(jìn)行下一項(xiàng)或重新返回上一項(xiàng)操作，而無需人為做出判斷，這也正是驗(yàn)電手車智能性的重要體現(xiàn)。

圖2 10 kV中置式開關(guān)柜通用型智能驗(yàn)電手車工作流程

3 使用效果分析

3.1 測試試驗(yàn)

為檢驗(yàn)10 kV中置式開關(guān)柜通用型智能驗(yàn)電手車能否實(shí)現(xiàn)功能，首先在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對組裝好的驗(yàn)電手車分別進(jìn)行了驗(yàn)電測試試驗(yàn)和智能監(jiān)控測試試驗(yàn)，驗(yàn)電測試試驗(yàn)中主要針對手車在不同帶電情況和不同間距尺寸情況下，電動調(diào)節(jié)功能和驗(yàn)電結(jié)果的正確與否，部分試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 驗(yàn)電手車驗(yàn)電試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)（部分）

智能監(jiān)控測試試驗(yàn)中，通過手動設(shè)置驗(yàn)電桿水平間距、垂直高度和角度偏差，使其與開關(guān)柜靜觸頭位置不完全對應(yīng)，從而驗(yàn)證智能監(jiān)控功能是否正常，部分試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 驗(yàn)電手車驗(yàn)電智能監(jiān)控試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)（部分）

從表1驗(yàn)電試驗(yàn)結(jié)果中可以看到，驗(yàn)電手車在試品帶電的情況下能夠可靠地發(fā)出報警信號，而在試品不帶電時報警裝置能夠可靠不發(fā)出報警信號，同時驗(yàn)電手車的電動調(diào)節(jié)功能也能正常實(shí)現(xiàn)。表2的智能監(jiān)控測試試驗(yàn)結(jié)果則表明當(dāng)驗(yàn)電桿在水平方向、垂直方向以及角度上存在一定的偏差時，驗(yàn)電手車能夠通過智能監(jiān)控系統(tǒng)對存在的偏差進(jìn)行準(zhǔn)確的測量并發(fā)出相應(yīng)信號進(jìn)行告警。上述兩項(xiàng)測試結(jié)果表明在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中驗(yàn)電手車的驗(yàn)電、調(diào)節(jié)、告警以及監(jiān)控等功能均能正常實(shí)現(xiàn)，表現(xiàn)出了可靠的驗(yàn)電準(zhǔn)確性，具備了進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)際驗(yàn)證的條件。

3.2 現(xiàn)場驗(yàn)證

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文提出的通用型智能驗(yàn)電手車在實(shí)際使用過程中的驗(yàn)電效果，結(jié)合停電檢修計(jì)劃，在辦理相關(guān)手續(xù)后在5座變電站站內(nèi)對驗(yàn)電手車開展試用。現(xiàn)場驗(yàn)證過程中，按照操作流程進(jìn)行驗(yàn)電，測試驗(yàn)電手車各項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)情況，并對相關(guān)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，如表3所示。

表3 驗(yàn)電手車現(xiàn)場試用結(jié)果統(tǒng)計(jì)

從表3所示的現(xiàn)場驗(yàn)證結(jié)果中可以看到，對于5種不同型號的開關(guān)柜，測試過程中驗(yàn)電手車電動調(diào)節(jié)模塊能夠正常工作，開關(guān)柜隔離擋板能夠被順利開啟，當(dāng)試品開關(guān)柜后柜的線路側(cè)帶電時驗(yàn)電手車能夠可靠發(fā)出報警信號，并且整個驗(yàn)電過程也可以通過清晰的監(jiān)控影像進(jìn)行觀察。現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明驗(yàn)電手車的各項(xiàng)設(shè)計(jì)功能均能正常實(shí)現(xiàn)，能夠完成有效的安全可靠驗(yàn)電。

3.3 效果分析

通過在實(shí)驗(yàn)室的測試試驗(yàn)和在變電站內(nèi)的現(xiàn)場驗(yàn)證，本文研制的10 kV中置式開關(guān)柜通用型智能驗(yàn)電手車測試合格，各功能運(yùn)行正常，攝像監(jiān)控畫面清晰，監(jiān)控報警功能正常，驗(yàn)電報警及顯示正確，實(shí)現(xiàn)了其全部設(shè)計(jì)功能，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。與傳統(tǒng)驗(yàn)電方式相比，10 kV中置式開關(guān)柜通用型智能驗(yàn)電手車實(shí)現(xiàn)了不同廠家、不同型號的開關(guān)柜全程監(jiān)控及自主驗(yàn)電功能，通過顯示屏對驗(yàn)電過程實(shí)時顯示，具備聲光報警功能，具有良好的人機(jī)交互性能，驗(yàn)電結(jié)果準(zhǔn)確率高達(dá)100%，體現(xiàn)了驗(yàn)電手車驗(yàn)電的準(zhǔn)確性、可靠性和安全性。

4 結(jié)語

10 kV中置式開關(guān)柜通用型智能驗(yàn)電手車克服了現(xiàn)有驗(yàn)電方法的缺陷，重點(diǎn)突出安全性和可靠性，能夠監(jiān)控并自動準(zhǔn)確調(diào)節(jié)手車高度和驗(yàn)電器位置，對驗(yàn)電過程進(jìn)行實(shí)時調(diào)整，同時還能實(shí)現(xiàn)一鍵自動化驗(yàn)電操作，體現(xiàn)了智能化電氣設(shè)備屬性。整體驗(yàn)電過程操作簡單，驗(yàn)電結(jié)果準(zhǔn)確有效，解決了現(xiàn)有“五防”邏輯與驗(yàn)電流程存在的問題，提高了電網(wǎng)運(yùn)行檢修的安全水平和智能化水平，具有良好的推廣價值。