Entwurf eines Fernschließgeräts für Innenraumschubwagentyp Hochspannungsvakuumschaltgerät
Die Verkabelung und Unterirdisierung von städtischen Stromnetzleitungen ist zu einem unumkehrbaren Trend in der Verteilnetzausbau geworden. Hochspannungsschaltgeräte als Kernausstattung des Verteilsystems sind zum Hauptobjekt des täglichen Betriebs und der Wartung für das Wartungspersonal geworden. Während des Ablösungsprozesses der Geräte ist der umfassende Austausch und die Inbetriebnahme neuer Geräte ein langer Prozess, weshalb eine Art alter handbedienter Hochspannungsschaltgerät noch im Einsatz ist.
Aufgrund des langjährigen Betriebs sind solche Schaltgeräte anfällig für Bogenrisiken während der Öffnungs- und Schließvorgänge. In praktischen Wartungsszenarien, wenn die elektrische Bedienung ausfällt, ist eine manuelle Schließung durch Personal erforderlich, was sie direkt den Sicherheitsbedrohungen durch Bögen aussetzt. Daher ist die Entwicklung eines Fernschließgeräts zur Ersetzung der manuellen Bedienung als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme während des Übergangs zur Geräteaustauschphase dringend notwendig.
Angesichts dieses Problems entwirft diese Arbeit als Projektbeteiligter ein Fernschließgeräte, indem die Betriebscharakteristika alter handbedienter Leistungsschalter analysiert werden, um Sicherheitsrisiken bei manuellen Vorgängen zu vermeiden.
Traditionelle Schließmethode für Handrad-Schaltgeräte
Im Bedienfeld und der Kurbelstruktur von Handrad-Schaltgeräten (siehe Abbildung 1) befindet sich der manuelle Drehstab auf der linken Seite des Bedienfelds mit einem sechseckigen Querschnitt. Der Bedienhebel ist Z-förmig und wird über einen sechseckigen Anschluss am unteren Ende steckbar mit dem Drehstab verbunden. Beim Betrieb wird nach Einstecken des Hebels in den Drehstab durch etwa 24 Umdrehungen im Uhrzeigersinn der Schließvorgang des Schalters abgeschlossen.
Berechnungsgrundlage für Drehmomente und Entwurfskriterien
Basierend auf den strukturellen Eigenschaften des Verbindungshebels kann die Drehmomentanforderung für die manuelle Schließung des Schalters durch die Bestimmung der Hebellänge und der Zugkraftparameter abgeleitet werden. Gemäß der mechanischen Formel
Durch die Analyse der Betriebscharakteristika erreicht der Rotationswiderstand des manuell bedienten Schalters seinen Höhepunkt beim 15. Umlauf. Die Mindestdrehmomentdaten an diesem Punkt können den gesamten Schließvorgang abdecken. Das Drehmomentdesign des Fernschließgeräts muss diesen kritischen Wert mit einem Sicherheitsspielraum überschreiten, um Drehmomentunterschiede zwischen verschiedenen Schaltermodellen zu berücksichtigen. Detaillierte Testdaten werden in späteren Abschnitten präsentiert.
Grundstruktur des Fernschließgeräts
Wie in Abbildung 2 gezeigt, besteht das Gerät aus einem festen Stab, beweglichen Komponenten, einem elektrischen Gerät und einer Schließverbindung. Der feste Stab ist so konzipiert, dass er teleskopisch verstellbar ist, mit Halteplatten, die an beiden Seiten verschweißt sind. Bei der Installation wird der Stab zunächst verkürzt und senkrecht in den Schrank eingeführt, dann ausgezogen, sodass die Halteplatten den Schrank stützen, um eine horizontale Fixierung zu ermöglichen. Die beweglichen Komponenten werden in vertikaler Richtung justiert, um die Schließverbindung des elektrischen Geräts mit dem Drehkopf des Wagentrichters auszurichten. Nach der Konfiguration können die Bediener in einen sicheren Bereich zurückweichen und über den Fernsender ein Uhrzeigersignal senden, um den Schließvorgang abzuschließen.
Realisierung der Fernsteuerung und -bedienung
Auswahl und Parameter des Motors
Bei der Auswahl des Kernmotormoduls wurden Permanentmagnet-Direktstrommotoren ohne und mit Bürsten verglichen. Motoren ohne Bürsten bieten erhebliche Vorteile in Bezug auf Lebensdauer und Lärmebene (≤55dB), haben jedoch komplexe Steuerschaltungen und höhere Kosten (40% mehr als bürstige Typen). Angesichts der nicht strengen Anforderungen an die Motorsteuerung wurde der XD-3420 Permanentmagnet-Direktstrommotor mit Bürsten wegen seiner einfachen Steuerung und geringeren Kosten ausgewählt. Schlüsselparameter:
Um es dem Wartungspersonal zu ermöglichen, aus sicherer Entfernung zu arbeiten, verwendet das Gerät einen Qichip QA-R-010 drahtlosen Fernsteuerungsschalter für die drahtlose Energiemanagement. Das Modul besteht aus einem Sender und Empfänger: Der Empfänger unterstützt eine DC-Eingabe von 3,6V bis 24V, mit rotem/schwarzem Kabel für positive/negative Eingänge und blau/grauem Kabel für entsprechende Ausgänge (Ausgangsspannung entspricht der Eingangsspannung). Der Zweiktastensender bietet drei Ausgabemodi: Momentan, Selbsthaltend und Verriegelt. Das Projekt nutzt den Momentanmodus, bei dem das Schaltmodul nur leitet, solange der Knopf gedrückt wird, was eine sofortige Trennung bei Freigabe sicherstellt, um die Anforderungen der vorübergehenden Steuerung während des Schließvorgangs zu erfüllen.
Vor-Ort-Fernsteuerungsexperiment
Wir verwendeten einen Zugkrafttester, um die für die manuelle Schließung eines außer Dienst gestellten handbedienten Wagentrichters erforderliche Zugkraft zu messen. Wie in Tabelle 1 gezeigt, erreicht die für die manuelle Schließung erforderliche minimale Zugkraft ihren Maximalwert bei etwa dem 15. Umlauf. Mit dieser Zugkraft berechneten wir, dass das für den gesamten manuellen Schließvorgang erforderliche minimale Drehmoment 1,75 N·m beträgt.
Wir verglichen die Betriebszeiten der traditionellen manuellen Schließmethode und des Fernschließgeräts. Tabelle 2 zeigt, dass die Verwendung des Fernschließgeräts nicht nur Risiken vermeidet, sondern auch eine leichte Verbesserung der Betriebs Effizienz gegenüber der rein manuellen Bedienung bringt. Ohne die Zeitaufwand zu erhöhen, reduziert es signifikant die Sicherheitsrisiken für die Bediener.
Um das Sicherheitsrisiko für das Wartungspersonal, das alte handbediente Schaltgeräte in unmittelbarer Nähe bedienen muss, im aktuellen Verteilnetz zu adressieren, schlugen und entwickelten wir ein Hilfsgerät. Es ermöglicht es dem Wartungspersonal, Abstand zum Schaltgerät zu halten und den Schließvorgang des Schalters fernzusteuern. Wir haben die grundlegenden Software- und Hardwarekomponenten des Prototyps sowie seine Nutzung detailliert beschrieben. Drehmomenttests zeigen, dass dieses Fernschließhilfsgerät den Drehmomentanforderungen für handbediente Schaltgeräte entspricht. Im Vergleich zur traditionellen Bedienmethode ist die Betriebszeit ähnlich. Es vermeidet die Risiken, die mit der direkten Bedienung solcher Schaltgeräte durch Wartungspersonal verbunden sind, ohne die Zeitaufwand zu erhöhen, und das Gerät hat einen hohen ingenieurtechnischen Anwendungs价值似乎在翻译过程中被截断了。以下是完整的德语翻译：
Es vermeidet die Risiken, die mit der direkten Bedienung solcher Schaltgeräte durch Wartungspersonal verbunden sind, ohne die Zeitaufwand zu erhöhen, und das Gerät hat einen hohen ingenieurtechnischen Anwendungs-wert.
