Ontwerp van afstandsbedieningsapparaat voor binnenhandwagentype hoogspanningsvacuümschakelaar
De kabellegging en ondergrondse installatie van stedelijke elektriciteitsnetwerken zijn een onomkeerbare trend geworden in de bouw van distributienetwerken. Hoogspanningsafschakelaars, als kernapparatuur van het distributiesysteem, zijn het belangrijkste object geworden voor dagelijkse bedrijfsvoering en onderhoud door onderhoudspersoneel. Tijdens het iteratieproces van de apparatuur is de volledige vervanging en inbedrijfstelling van nieuwe apparatuur een lang proces, en er is nog steeds een type oude handbediende hoogspanningsafschakelaar in gebruik.
Door lange tijd in gebruik te zijn, loopt dit type afschakelaar tijdens het openen en sluiten risico op boogvorming. In praktische onderhoudssituaties, wanneer elektrisch bedienen mislukt, is handmatig sluiten door personeel vereist, waardoor zij direct blootgesteld worden aan veiligheidsrisico's door boogvorming. Daarom is het ontwikkelen van een apparaat voor afstandsbediening om handmatig bedienen te vervangen als een bijzonder dringend veiligheidsmaatregel tijdens de overgangsperiode van apparatuurvernieuwing.
Met focus op dit probleem, als projectdeelnemer, ontwerpt dit artikel een apparaat voor afstandsbediening door de werkingseigenschappen van oude handbediende schakelaars te analyseren om veiligheidsrisico's tijdens handmatige bediening te vermijden.
Traditionele sluitmethode voor handbediende schakelaars
In het bedieningspaneel en het krukmechanisme van handbediende schakelaars (zie figuur 1) bevindt zich de handmatige sluitkruk links op het paneel met een regelmatig zeshoekig doorsnijdsel. De bedieningshandgreep is Z-vormig, verbonden met de sluitkruk via een regelmatig zeshoekige dop aan de onderkant voor een plug-inverbinding. Tijdens de bediening, na het invoegen van de handgreep in de sluitkruk, wordt de schakelaar gesloten door de bovenkant ongeveer 24 keer met de klok mee te draaien.
Berekeningsbasis voor koppel en ontwerp criteria
Op basis van de structuureigenschappen van de gekoppelde bedieningshandgreep kan het koppelvereiste voor handmatig sluiten van de schakelaar worden afgeleid door de lengte van het krachtarm en de trekkracht parameters te bepalen. Volgens de mechanische formule
Door de analyse van de werkingseigenschappen bereikt de rotatieweerstand van de handmatig bediende schakelaar zijn piek bij de 15e draaicirkel. De minimale koppeldata op dit punt kunnen het gehele sluitproces dekken. Het koppelontwerp van het afstandsbedieningsapparaat moet deze kritieke waarde overschrijden met een veiligheidsmarge om rekening te houden met koppelvariaties tussen verschillende schakelaarmodellen. Gedetailleerde testgegevens worden in latere secties gepresenteerd.
Basisstructuur van het afstandsbedieningsapparaat
Zoals weergegeven in figuur 2, bestaat het apparaat uit een vaste staaf, bewegende componenten, elektrische apparatuur en een sluitverbinding. De vaste staaf is ontworpen om uit te klappen, met steunplaten aan beide zijden gelast. Tijdens de installatie wordt de staaf eerst ingekort en verticaal in de kast geplaatst, en vervolgens uitgeklapt om de steunplaten tegen de kast te laten leunen voor horizontale fixatie. De bewegende componenten worden in de verticale richting aangepast om de sluitverbinding van de elektrische apparatuur uit te lijnen met de roterende kop van de handkarretjeschakelaar. Na configuratie kunnen de operators zich terugtrekken naar een veilige zone en een kloksgewijze signaal verzenden via de afstandsbediening om het sluitproces te voltooien.
Realisatie van afstandsbediening en bediening
Motorselectie en -parameters
Bij de selectie van het kernmotorblok werden permanente magneet DC-loosmotoren en borstelmotoren vergeleken. Loosmotoren bieden aanzienlijke voordelen in termen van levensduur en geluidsniveau (≤55dB), maar hebben complexe besturingsschakelingen en hogere kosten (40% meer dan borstelmodellen). Gezien de niet-stringente eisen van het apparaat aan motorbesturing, werd de XD-3420 permanente magneet DC-borstelmotor gekozen vanwege zijn eenvoudige besturing en lage kosten. Belangrijke parameters:
Om het onderhoudspersoneel in staat te stellen op veilige afstand te bedienen, maakt het apparaat gebruik van een Qichip QA-R-010 draadloze afstandsbedieningsschakelaar voor draadloos energiebeheer. Het module bestaat uit een zender en ontvanger: de ontvanger ondersteunt DC-ingang van 3,6V tot 24V, met rode/zwarte draden voor positieve/negative ingangen en blauwe/grijze draden voor de corresponderende uitgangen (uitgangsspanning komt overeen met ingang). De twee-knop zender biedt drie uitvoermodi: momentair, vasthoudend en vergrendeld. Het project maakt gebruik van de momentaire modus, waarbij het schakelmodule alleen gedurende het indrukken van de knop geleidt, wat onmiddellijke afbakening waarborgt bij loslaten om aan de eisen van tijdelijke controle tijdens het sluiten te voldoen.
Ter plaatse afstandsbedieningsexperiment
We gebruikten een trekkrachttester om de trekkracht te meten die nodig is voor handmatig sluiten van een buiten dienst gestelde handbediende handkarretjeschakelaar. Zoals weergegeven in tabel 1, wanneer het handmatig sluiten rond de 15e cirkel bereikt, bereikt de minimale trekkracht die nodig is voor handmatig sluiten zijn maximale waarde. Met behulp van deze trekkracht berekenden we dat het minimale koppel dat nodig is voor het gehele handmatig sluitenproces 1,75 N·m is.
We vergeleken de operatietijden van de traditionele handmatige sluitmethode en het afstandsbedieningsapparaat. Tabel 2 toont dat het gebruik van het afstandsbedieningsapparaat niet alleen risico's vermijdt, maar ook een lichte verbetering in de efficiëntie van de bediening oplevert in vergelijking met pure handmatige bediening. Zonder de tijdskosten te verhogen, vermindert het aanzienlijk de veiligheidsrisico's voor de operators.
Om de veiligheidsrisico's te verminderen voor onderhoudspersoneel dat dichtbij ouderwetse handbediende schakelaars moet werken in het huidige distributienetwerk, hebben we een hulpapparaat voorgesteld en ontwikkeld. Dit stelt het onderhoudspersoneel in staat om op afstand van de schakelaar te blijven en de schakelaar op afstand te bedienen. We hebben de basis software- en hardwarecomponenten van het prototype en de gebruiksaanwijzing gedetailleerd beschreven. Koppeltests tonen aan dat dit afstandsbedieningshulpapparaat voldoet aan de koppelvereisten voor handbediende schakelaars. In vergelijking met de traditionele bedieningsmethode is de bedieningstijd vergelijkbaar. Het vermijdt de risico's van dichtbij bedienen van dergelijke schakelaars door onderhoudspersoneel zonder de tijdskosten te verhogen, en het apparaat heeft een goede ingenieurswaarde.
