一种10kV开关小车控制驱动装置的研究

沈豪华 ，郭佳庆 ，李耀辉，刘振华，霍英南

广东电网有限责任公司中山供电局，广东 中山 528400

1 研究背景

10kV开关小车传统的操作方法是人工操作，即采用适配的小车摇把将开关小车摇至工作位置或试验位置。随着现代化建设，变电站数量日益增加，10kV开关柜也随之增加。在进行开关柜检修、验收、送电等操作中均需要人工操作开关小车至正确位置，使用传统手摇方法进行操作耗时耗力，且因操作人员手法、力量不一，可能会导致小关小车部分闭锁件受损甚至变形。在日复一日的操作中，开关小车传动部件及机械闭锁部件也会出现磨损，此时人工将开关小车摇进摇出存在一定的安全风险。

2 当前10kV开关小车控制驱动装置的现状

目前常用的中置柜开关小车自动推送装置一般通过电机带动螺纹杆转动，进而推动底板带动开关手车本体的升降，调节开关手车本体到合适的高度。但由于电动驱动涉及的零件多，电动驱动的稳定性和可靠性要低于手动驱动，因此仅采用电动驱动无法在电动部件故障时工作，影响工作效率，间接影响停电时间和复电效率。

3 10kV开关小车控制驱动装置的设计思路

通过在传统10kV开关小车的底盘中增加电机和驱动机构，通过控制模块对电机的正反转进行控制，以驱动小车底盘的摇入/摇出，整体设计思路充分考虑和传统开关柜的兼容性：

整体开关结构没有变动，增加的电动驱动功能都是以模块化外置驱动装置，不改变原有开关柜结构和功能，即不会对原开关柜的电气性能和机械性能造成影响；

不对原有开关柜的五防闭锁打乱重构，而是在原有开关柜完善的机械五防闭锁机构之外，另外设计一套电气闭锁系统，两套五防既共存又可独立起作用，相互不产生干涉，大大提高产品操作的安全性；

电动操作和手动操作共存，电动操作和手动操作可以独立操作，两种操作自由切换，提高操作的可靠性；另一方面两种操作互锁，确保同一时间只能使用一种操作模式，确保操作的安全性。

4 10kV开关小车控制驱动装置的研究

4.1 10kV开关小车控制驱动装置的原理

一种10kV开关小车控制驱动装置主要包括控制模块、驱动单元、传动机构、手动电动切换单元、电动回路等五个部分。其中，控制模块与驱动单元电连接，驱动单元通过传动机构正向或反向驱动开关小车丝杆的正转或反转，电动回路用于为驱动单元供电，手动电动切换单元与驱动单元实现电连接。设置的驱动单元包括手动驱动模式、电动驱动模式。手动驱动模式，是指在电动回路断电的情况下，通过人力带动所述驱动单元；电动驱动模式，是指在电动回路上电的情况下，驱动单元执行控制模块发出的指令；手动电动切换单元用于切换所述驱动单元的手动驱动模式或电动驱动模式。

图1 控制模块原理构架图

4.2 10kV开关小车控制驱动装置的功能介绍

控制驱动装置的驱动电机采用伺服电机，由控制模块发出指令控制伺服电机执行相应动作并且控制模块获取伺服电机的状态信号。伺服电机的状态信号包括转速信号、堵转信号、力矩信号；控制模块与开关小车在开关柜的状态输出端子连接，获取开关小车工作、试验位置信号，开关小车分、合状态信号，接地开关分、合状态信号，带电隔室门板的关闭、打开信号。

智能控制驱动装置通过航空插与开关柜连接取电，开关小车工作、试验位置信号，开关小车分、合状态信号，接地开关分、合状态信号，带电隔室门板的关闭、打开信号。通过开关柜的状态输出端子接入到控制模块上，由控制模块按照预设的逻辑判断当前操作指令是否符合操作条件，实现电动操作的电气五防。控制模块的存储器存储第一次电动摇入摇出过程的力矩数据作为标准力矩数据，之后开关小车进行电动摇入摇出过程中，处理器实时获取伺服电机的力矩信号，并且将实时的力矩信号与摇入摇出过程中开关小车在对应位置的标准力矩数据进行计算获得力矩偏离率，然后将力矩偏离率与预设阈值比较：当力矩偏离率大于控制模块内预设的第一阈值时处理器控制报警器发出警报；当力矩偏离率大于控制模块内预设的第二阈值时处理器发出停转指令控制伺服电机停止转动，且处理器通过显示器显示故障信号。

4.3 10kV开关小车控制驱动装置的驱动模式

10kV开关小车控制驱动装置采用手动和电动两种驱动模式。手动驱动模式下，需解除锁定卡扣对操作孔挡板的锁定，然后打开操作孔挡板，安装手动摇把，通过锁定卡扣的解锁动作，且操作孔挡板的开启动作使电动回路断电。电动驱动模式下，需关闭操作孔挡板并通过锁定卡扣将操作孔挡板进行锁定，通过锁定卡扣的锁定动作以及操作孔挡板的关闭动作触发电动回路上电。手动和电动两种驱动模式有效保证开关小车同一时间只能采取一种驱动模式，如图2所示。

图2 控制驱动装置驱动模式原理图

手动电动切换单元用来切换手动驱动模式或电动驱动模式，并且同一时刻只可选择手动或电动一种驱动模式进行操作，传动机构可以是齿轮、链条或皮带轮和皮带中的一种或多种。

手动电动切换单元包括电磁铁、转换开关，其中转换开关与电磁铁连接，转换开关用于切换电动驱动模式或手动驱动模式。当转换开关切换到电动驱动模式时，关闭操作孔挡板，电磁铁上电，通过电磁铁的磁力关闭所述锁定卡扣，操作孔挡板被锁定。当转换开关切换到手动驱动模式时，电磁铁断电，锁定卡扣开启，操作孔挡板解除锁定，在实际操作时，操作人员将操作孔挡板打开，然后将手动操作摇把插入手动操作孔，操作人员转动摇把经过手动传动机构带动开关小车丝杆转动，从而控制开关小车摇入或摇出。

5 结论

10kV开关小车控制驱动装置的实现有效保证电动驱动的稳定性和可靠性，有效解决目前电动驱动无法在电动部件故障时工作、影响操作进度等缺陷，本文提供一种10kV开关小车控制驱动装置，既可以电动操作省时省力，同时可以进行手动操作可靠性更高。本智能控制单元智能高效，有效提高操作效率，有效实现一套安全的电动操作电气五防，结合开关柜原有的闭锁条件，智能、安全控制开关小车的摇进和摇出。本控制驱动装置可适用于目前众多型号的移开式开关小车，智能化程度高，加装改造简单快捷。

基金项目：南方电网公司科技项目资助GDKJXM2019(032000KK52190170)