Проектирование устройства дистанционного закрытия для внутреннего выдвижного высоковольтного вакуумного выключателя
Прокладка кабелей и подземная укладка линий городских электрических сетей стали необратимым трендом в строительстве распределительных сетей. Высоковольтные выключатели, как основное оборудование системы распределения, стали главным объектом повседневной эксплуатации и технического обслуживания для персонала. В процессе обновления оборудования полная замена и пусконаладка нового оборудования занимают длительный период, и некоторые старые ручные высоковольтные выключатели все еще находятся в эксплуатации.
Из-за длительного использования такие выключатели склонны к риску дуговых пробоев при операциях отключения и включения. В реальных условиях технического обслуживания, когда электрическое управление не работает, требуется ручное включение, что напрямую подвергает персонал опасности от дугового разряда. Поэтому разработка устройства для дистанционного включения, которое заменит ручное управление в качестве вспомогательной меры безопасности во время перехода на новое оборудование, является насущной необходимостью.
Фокусируясь на этой проблеме, как участник проекта, данная работа проектирует устройство для дистанционного включения путем анализа характеристик работы старых ручных выключателей, чтобы избежать рисков безопасности при ручных операциях.
Традиционный метод включения ручных выключателей
В панели управления и механизме ручного привода (как показано на рисунке 1) ручка для ручного включения расположена слева на панели с правильным шестигранным сечением. Рукоятка имеет Z-образную форму и соединяется с вращающимся валом через шестигранный патрубок в нижней части для разъемного соединения. Во время операции после вставки рукоятки в вал, поворот верхнего конца по часовой стрелке примерно на 24 оборота завершает действие включения выключателя.
Основы расчета крутящего момента и критерии проектирования
На основе структурных особенностей рычажной рукоятки можно определить требования к крутящему моменту для ручного включения выключателя, установив длину плеча силы и параметры тягового усилия. Согласно механической формуле
Анализ эксплуатационных характеристик показал, что сопротивление вращению ручного выключателя достигает максимума на 15-м цикле вращения. Минимальные данные крутящего момента в этой точке могут покрыть весь процесс включения. Проектное значение крутящего момента устройства для дистанционного включения должно превышать эту критическую величину с запасом безопасности, чтобы учесть вариации крутящего момента между различными моделями выключателей. Подробные тестовые данные будут представлены в последующих разделах.
Основная структура устройства для дистанционного включения
Как показано на рисунке 2, устройство состоит из фиксированного стержня, подвижных компонентов, электрического устройства и соединения для включения. Фиксированный стержень выполнен телескопическим, с опорными пластинами, сваренными с обеих сторон. При установке стержень сначала укорачивается и вертикально вставляется в шкаф, затем удлиняется, чтобы опорные пластины упирались в шкаф для горизонтальной фиксации. Подвижные компоненты регулируются в вертикальном направлении, чтобы соединение для включения электрического устройства совпадало с вращающейся головкой выдвижного выключателя. После настройки операторы могут отойти в безопасную зону и отправить сигнал по часовой стрелке через дистанционный передатчик, чтобы завершить операцию включения.
Реализация дистанционного управления и операций
Выбор и параметры двигателя
При выборе основного модуля двигателя сравнивались постоянные магнитные бесколлекторные двигатели постоянного тока и коллекторные двигатели. Бесколлекторные двигатели имеют значительные преимущества в сроке службы и уровне шума (≤55dB), но имеют сложные схемы управления и более высокую стоимость (на 40% выше, чем у коллекторных). Учитывая непритязательные требования устройства к управлению двигателем, был выбран двигатель постоянного тока с постоянными магнитами XD-3420 за простоту управления и низкую стоимость. Основные параметры:
Для обеспечения возможности дистанционного управления персоналом используется беспроводной пульт дистанционного управления Qichip QA-R-010 для беспроводного управления питанием. Модуль состоит из передатчика и приемника: приемник поддерживает вход постоянного тока от 3.6V до 24V, с красными/черными проводами для положительного/отрицательного входа и синими/серыми проводами для соответствующих выходов (напряжение выхода соответствует входному). Двухкнопочный передатчик предлагает три режима вывода: кратковременный, фиксирующийся и взаимоисключающий. В данном проекте используется кратковременный режим, при котором модуль переключателя проводит только при нажатии кнопки, обеспечивая немедленное отключение при ее отпускании, что соответствует требованиям кратковременного контроля при операциях включения.
Опыт дистанционного управления на месте
Мы использовали тензометр для измерения силы, необходимой для ручного включения выведенного из эксплуатации ручного выключателя. Как показано в таблице 1, когда ручное включение достигает примерно 15-го оборота, минимальная сила, необходимая для ручного включения, достигает своего максимального значения. Используя это значение силы, мы рассчитали, что минимальный крутящий момент, необходимый для всего процесса ручного включения, составляет 1.75 Н·м.
Мы сравнили время операций традиционного ручного включения и устройства для дистанционного включения. Таблица 2 показывает, что использование устройства для дистанционного включения не только исключает риски, но и немного повышает эффективность операций по сравнению с чисто ручным управлением. Без увеличения затрат времени оно значительно снижает риски безопасности для операторов.
Для решения проблемы безопасности персонала, который должен работать вблизи старых ручных выключателей в современных распределительных сетях, мы предложили и разработали вспомогательное устройство. Оно позволяет персоналу держаться на расстоянии от выключателя и дистанционно управлять его включением. Мы подробно описали базовые программные и аппаратные компоненты прототипа и его использование. Тесты крутящего момента показывают, что это вспомогательное устройство для дистанционного включения соответствует требованиям крутящего момента для ручных выключателей. По сравнению с традиционным методом управления время операций схоже. Оно исключает риски, связанные с близким обращением персонала с такими выключателями, без увеличения временных затрат, и устройство имеет хорошую инженерную ценность.
