國網(wǎng)山東省電力公司五蓮縣供電公司 張風雷 梁 霞 劉祥友 張紅麗 陳洪蓮

目前，國內(nèi)使用的高壓開關(guān)柜仍然采用手車式開關(guān)為主。斷路器開關(guān)較重，轉(zhuǎn)運、拆卸和安裝時需要借助輔助工具轉(zhuǎn)運小車，小車的主要作用是將中置式開關(guān)柜手車開關(guān)在冷備用到檢修處來回轉(zhuǎn)運，將開關(guān)柜手車調(diào)整到柜體的高度，便于手車和柜內(nèi)的接口進行順利對接，從而完成手車和柜體的安裝和拆卸分離。目前，手車的安裝和分離均采用手工的方式。由于不同型號的開關(guān)柜的尺寸不同，斷路器室的高度不同，手車對接時需要手動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運小車托盤的高度。市面上的轉(zhuǎn)運小車多采用獨立的升降結(jié)構(gòu)，四角各裝有一個高度可調(diào)的螺栓，使用時需多次分別調(diào)節(jié)各個螺栓，直到小車高度與斷路器室的地板高度一致。

傳統(tǒng)的斷路器轉(zhuǎn)運小車在使用過程中，往往無法一次完成對位，須多次重復對位操作，不斷調(diào)整斷路器的高度，而獨立的升降結(jié)構(gòu)很難使托盤達到絕對水平，對中性較差，而且開關(guān)柜手車較重，調(diào)節(jié)高度時容易導致手車不穩(wěn)，容易發(fā)生手車掉落事故。而且傳統(tǒng)轉(zhuǎn)運小車無法大范圍地調(diào)整高度，由于上面承載的斷路器較重，如果高度調(diào)整不當則會造成小車托盤和轉(zhuǎn)運軌道變形，損壞設(shè)備，甚至造成人員傷害事故。轉(zhuǎn)運小車的底輪為普通的承重萬向輪，在推動轉(zhuǎn)運過程中車輪的方向不確定，也容易使小車在推動過程中運行不順暢，突然的卡頓極易導致手車不穩(wěn)掉落，較為危險。

為了能夠方便快速的完成開關(guān)柜手車的分離安裝，以及平穩(wěn)安全的實現(xiàn)手車開關(guān)在冷備用到檢修處來回轉(zhuǎn)運，本項目設(shè)計了一種智能中置式開關(guān)柜手車開關(guān)轉(zhuǎn)運小車，該轉(zhuǎn)運小車采用鋰電池作為驅(qū)動動力，運送速度更快，而且速度可控，行進更加平穩(wěn)。手車放置平臺采用電動液壓升降式結(jié)構(gòu)，升降平穩(wěn)，高度可任意調(diào)整。平臺前端設(shè)置有激光測距模塊，可精確測量轉(zhuǎn)運小車距離開關(guān)柜的距離，自動定位平臺高度，不需要人工反復調(diào)整，節(jié)省時間。

平臺上部兩側(cè)設(shè)有滑行導軌，導軌上裝有滑塊，方便斷路器手車在開關(guān)柜和轉(zhuǎn)運小車之間的來回運轉(zhuǎn)。平臺上面設(shè)有兩個液壓機械手臂，負責手車的分離和安裝。整個操作過程通過遙控自動完成，該智能轉(zhuǎn)運小車可實現(xiàn)對中置式開關(guān)柜手車開關(guān)的卸載、轉(zhuǎn)運及安裝，節(jié)省人力財力，遠程遙控操作，避免了可能發(fā)生的斷路器手車重心不穩(wěn)導致的人員受傷事故的發(fā)生。小車智能化程度高，操作簡便，具有良好的應(yīng)用價值和推廣價值。

1 智能手車開關(guān)轉(zhuǎn)運小車的結(jié)構(gòu)及工作原理

智能中置式開關(guān)柜手車開關(guān)轉(zhuǎn)運小車由驅(qū)動輪、驅(qū)動電機、車體、液壓推桿、升降臺、電動推拉桿、激光測距模塊、電池管理模塊、控制系統(tǒng)及遙控裝置等部件構(gòu)成。轉(zhuǎn)運小車的輪胎采用橡膠充氣輪胎，承重可達500kg，由大功率電機驅(qū)動，組成了小車的主要轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。車體采用加厚冷軋鋼，強度高，承重大。背部設(shè)有用于推動小車的手柄。液壓推桿和升降臺組成了小車的自動升降結(jié)構(gòu)，通過遙控器的控制可實現(xiàn)升降臺高度的任意調(diào)整和懸停，升高高度最高可達1m。

電動推桿位于升降平臺上，負責開關(guān)柜手車的推拉工作，完成手車的分離和安裝。激光測距模塊主要負責小車跟開關(guān)柜斷路器室的對接時的位置和高度調(diào)整工作，自動完成小車和開關(guān)柜柜體的對接。電池采用大容量鋰電池，為小車的正常工作提供動力源?？刂葡到y(tǒng)為小車的核心部件，保證小車的所有工作順利完成。遙控器可遙控小車的前進倒退、升降臺的升降、手車的分離安裝等工作。整個小車自動化、智能化水平較高。

1.1 運轉(zhuǎn)動力模塊

目前市面上的中置式開關(guān)柜手車開關(guān)轉(zhuǎn)運小車的車輪采用的是塑料材質(zhì)的承重輪，車輪直徑較小，從開關(guān)柜到檢修室的路上在經(jīng)過電纜溝板或者路面不平的時候會出現(xiàn)卡阻的情況，由于手車上的斷路器重心較高，轉(zhuǎn)運過程中的突然卡阻極易導致斷路器的傾斜甚至掉落。為了解決小車在轉(zhuǎn)運過程中可能出現(xiàn)的卡阻情況，該智能轉(zhuǎn)運小車增大了車輪的直徑，并且改為抗震性更好的充氣式橡膠輪胎，車輪直徑大，不易被不平的路面或者路面上的小障礙物所阻擋。橡膠輪胎上的防滑紋路可使小車行駛得更加平穩(wěn)，在坡面上不易打滑。充氣式輪胎抗震性更好，防顛簸，同時也兼顧了輪胎的承重性，完全滿足轉(zhuǎn)運開關(guān)柜手車的承重要求。智能轉(zhuǎn)運小車采用大功率的電機作為小車的動力源，采用電力驅(qū)動代替手工，省力且運行速度更加平穩(wěn)。

為了便于爬坡，小車設(shè)計了兩個檔位，低速檔位時動力大，便于爬坡，高速時用于在平路上行駛，速度快。換擋機械開關(guān)位于手柄處。小車利用手柄處的切換開關(guān)實現(xiàn)一鍵前進和后退倒車，在狹窄的區(qū)域無須轉(zhuǎn)彎即可完成轉(zhuǎn)運工作。遙控器設(shè)有遠程遙控按鍵，可實現(xiàn)遠程遙控操作。

1.2 平臺升降結(jié)構(gòu)

開關(guān)柜有多個型號，尺寸不同，斷路器室的高度也不同，在實際的手車分離安裝、轉(zhuǎn)運時需要配備多個不同尺寸的轉(zhuǎn)運小車，每次都要手動調(diào)整放置平臺的高度，耗費時間。本項目設(shè)計的智能轉(zhuǎn)運小車采用液壓式平臺升降結(jié)構(gòu)，小車的底部裝有電動液壓千斤頂，千斤頂液壓缸采用全封閉式液壓缸，耐疲勞耐磨損，防水防銹，頂力足。平臺的支撐采用加厚鋼板支架，采用折疊式結(jié)構(gòu)，支架底部與千斤頂?shù)幕钊肯噙B，通過遙控器上的升降按鈕控制千斤頂活塞的伸縮，帶動平臺支撐支架的升降，同時可始終保持平臺呈水平方向，整體升降移動，不需要單獨對各角進行細微調(diào)整，防止斷路器在調(diào)整時重心不穩(wěn)發(fā)生傾斜的問題。小車的后橋進行了加重加厚處理，使小車的承載更大，行駛更加平穩(wěn)，使用壽命更長。

平臺可進行手動升降和自動升降。在斷路器手車轉(zhuǎn)運過程中，將升降平臺降到最低，盡量降低斷路器手車的重心，減小斷路器在轉(zhuǎn)運過程中晃動的風險，保障轉(zhuǎn)運的安全。在轉(zhuǎn)運小車與開關(guān)柜的斷路器室對接時采用自動升降模式，根據(jù)激光測距模塊測得的對接距離和對接口定位，完成升降平臺的自動高度定位，即平臺高度與斷路器室的底板在同一平面時自動停止，一次操作即可完成平臺高度的調(diào)整，不需要手動微調(diào)。激光測距精度高，比人工調(diào)整更加精確，可最大限度地減小因平臺不平造成的軌道，以及設(shè)備磨損情況的發(fā)生，延長了設(shè)備的使用壽命，同時也節(jié)省了操作時間，提高了工作效率。

1.3 激光測距和避障模塊

傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)運小車，在手車與開關(guān)柜對接過程中，需要對平臺的高度手動進行多次調(diào)整，較為煩瑣。智能轉(zhuǎn)運小車上裝有激光測距和避障模塊，可實時監(jiān)測小車前方物體的距離。如果小車在轉(zhuǎn)運過程中遇到大型障礙，小車會自動躲避，防止發(fā)生碰撞事故。激光測距模塊的另一個重要應(yīng)用是在轉(zhuǎn)運小車與開關(guān)柜相結(jié)合時，激光測距模塊通過計算激光發(fā)射頭發(fā)出激光信號的反射信號到達的時間，精確計算開關(guān)柜的距離，精確控制升降平臺的升降高度，使得轉(zhuǎn)運小車達到開關(guān)柜時平臺的高度即為斷路器室的高度，直接可以進行斷路器手車的分離和安裝工作，激光測距精度高，誤差小于1mm。整個對接過程自動完成，不需要人工處理，大大縮減了手車分離安裝等工作的操作時間。

1.4 手車分離安裝結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)運小車由于是手動微調(diào)斷路器平臺，并不能保證平臺的絕對水平，高度調(diào)整不當容易造成導軌變形，手動分離和安裝斷路器手車時，速度和力道不均勻也會造成軌道的磨損，使得手車的推拉工作越來越不順暢，不均勻的磨損也會導致斷路器重心的變化，存在斷路器在分離安裝過程中側(cè)翻的風險。該智能轉(zhuǎn)運小車采用電力驅(qū)動，電機轉(zhuǎn)速均勻，中間不停頓，這樣就保證了斷路器平臺的勻速行進，使斷路器在分離安裝過程中的重心不會發(fā)生左右偏移。整體升降的平臺也會保證斷路器的水平，減小運行導軌的磨損，降低斷路器晃動的風險。

在智能轉(zhuǎn)運小車的升降平臺的兩側(cè)設(shè)有滑軌軌道，軌道上裝有滑塊。手車分離時放置到滑塊上，通過滑軌來完成手車在開關(guān)柜和轉(zhuǎn)運小車之間的轉(zhuǎn)運。滑軌既可以使手車的移動更加省力順暢，而且還可以將手車位置固定，防止手車發(fā)生偏移，進而影響斷路器觸頭的對接。在升降平臺的后部設(shè)有兩個機械手臂，手臂與推桿相連，用于抓取手車上的安裝把手。通過遙控器上的推桿控制按鈕，控制推桿的伸縮，拉動手車的前后移動，完成手車的分離和安裝工作。利用電動代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工，更加安全快捷。

1.5 電源管理模塊

智能轉(zhuǎn)運小車采用大容量可充電鋰電池作為動力源，為小車的運轉(zhuǎn)移動和平臺的升降、手車的分離安裝、激光測距模塊和控制系統(tǒng)提供能量來源。鋰電池位于轉(zhuǎn)運小車的底部，包裹在特質(zhì)的鐵皮電池盒內(nèi)，防止電池受到磕碰。電池續(xù)航能力強，動力強勁。電源管理模塊設(shè)有電量顯示功能，可隨時查看鋰電池的電量，保證轉(zhuǎn)運小車的持續(xù)運行。

1.6 遙控模塊

遙控模塊內(nèi)的控制系統(tǒng)為小車的核心部件，控制著整個小車的工作及與輔助工具的相互配合工作。遙控器內(nèi)的主控芯片通過無線的方式接收來自激光測距模塊的距離信號，控制小車前進過程中的轉(zhuǎn)彎避障動作。當小車接近開關(guān)柜時，控制器發(fā)出信號，啟動小車底部的千斤頂驅(qū)動電機，使升降平臺開始上升，通過激光測距模塊測到的定位信息，精確控制平臺的上升高度，使平臺與開關(guān)柜斷路器室的底板處于同一水平面，啟動小車上的固定卡扣，將小車與開關(guān)柜固定在一起，防止小車晃動脫離。然后通過移動平臺上的機械手臂推動或者拉伸手車，使手車與開關(guān)柜內(nèi)的高壓電源觸頭進行合并或者分離，操作完成后，小車上的卡扣開啟，小車與開關(guān)柜分離，整個手車的安裝分離工作完成。然后控制器控制小車的車輪前進，將手車運送至檢修處或者自行回到轉(zhuǎn)運小車存放處。

轉(zhuǎn)運小車的遠程遙控采用LoRa無線通信技術(shù)。LoRa無線通信是近年來才被廣泛應(yīng)用的無線通信技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的藍牙、Wi-Fi等傳輸方式，在物聯(lián)網(wǎng)通信領(lǐng)域有其明顯的優(yōu)勢。藍牙的傳輸距離只有10m左右，距離太近無法在轉(zhuǎn)運小車上使用。Wi-Fi無線通信需要搭建局域網(wǎng)，配置路由器，各配電室離的相對比較遠，每個配電室可能只有2～3個轉(zhuǎn)運小車，為每個配電室專門搭建Wi-Fi無線局域網(wǎng)，成本高，組網(wǎng)復雜。LoRa無線通信無須其他設(shè)備，即可完成一對多通信，空曠條件下傳輸可達30km，在近郊區(qū)傳輸距離也可達15km。LoRa靈敏度高，穿墻能力強，可滿足地下配電室組網(wǎng)通信的要求。而且通信免費，無須其他設(shè)備即可完成通信，成本低。

遙控器上除了設(shè)有激光測距和避障遙控外，還設(shè)有轉(zhuǎn)運小車的換擋按鍵、前進后退按鍵、轉(zhuǎn)向按鍵等遙控按鈕，既可以使轉(zhuǎn)運小車自動運行，也可以進行手動操作。手動按鈕可以在自動運行狀態(tài)出現(xiàn)意外故障時強行手動接管，手動排除故障，保證轉(zhuǎn)運正常進行。

2 結(jié)語

中置式開關(guān)柜目前仍然在大規(guī)模應(yīng)用，由于開關(guān)柜型號不同，手車的安裝分離及轉(zhuǎn)運工作一直是使用傳統(tǒng)的手動轉(zhuǎn)運小車進行轉(zhuǎn)運工作，與開關(guān)柜對接時需要多次調(diào)解小車平臺的高度，比較耗費時間和人力。本項目設(shè)計的智能中置式開關(guān)柜手車開關(guān)轉(zhuǎn)運小車，采用電動的模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工模式，自動化智能化程度高。小車通過遠程遙控的方式，可自動到達開關(guān)柜的位置，自動完成斷路器手車的安裝分離工作。液壓升降式平臺可任意調(diào)節(jié)小車平臺的高度，適應(yīng)不同型號的開關(guān)柜的要求。智能轉(zhuǎn)運小車運行平穩(wěn)，工作快捷高效，成本低，可大大提高工作效率，減少安全隱患，具有廣闊的市場推廣價值。