高壓柜小車推拉操作輔助裝置研制

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局 余錦榮 李建軍

如今我國(guó)多數(shù)10kV電壓等級(jí)的變電站均配備了移開式小車，這種小車有著操作簡(jiǎn)便、易于維修的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。但在小車?yán)鐾迫氲倪^(guò)程中具有較多的不穩(wěn)定因素，嚴(yán)重影響高壓小車的正常運(yùn)行。因此通過(guò)輔助裝置讓小車順利滑出與推進(jìn)，是當(dāng)前階段需解決的主要技術(shù)問(wèn)題。但當(dāng)前市場(chǎng)中還并未出現(xiàn)專門針對(duì)移開式小車設(shè)計(jì)安全操作裝置，十分不利于我國(guó)電力行業(yè)長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展。因此關(guān)于高壓柜小車推拉操作輔助裝置的研制，是十分具有現(xiàn)實(shí)意義的。

在電力運(yùn)維工作中，10kV高壓電柜的輸電斷電都需要將小車?yán)鐾迫雭?lái)操作，以往的小車推拉操作中，由于小車自身重量較大，往往需要兩名技術(shù)人員互相配合，且極容易對(duì)連桿部位產(chǎn)生機(jī)械損傷，不僅容易進(jìn)一步引發(fā)高壓柜內(nèi)設(shè)備損壞、造成經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)對(duì)運(yùn)維技術(shù)人員的人身安全具有嚴(yán)重威脅?；诖?，本文主要是根據(jù)電力運(yùn)維工作的作業(yè)條件與設(shè)備安裝環(huán)境因素，提出一種可輔助高壓柜開關(guān)小車推拉操作的安全裝置研制思路，希望可為電力企業(yè)帶來(lái)一定參考價(jià)值。

1 高壓柜小車推拉操作輔助裝置的技術(shù)背景

高壓柜小車的特點(diǎn)是在它的機(jī)柜內(nèi)設(shè)有一處可拆卸的擋板，可將機(jī)柜中的斷路器、母線室及電纜室完全分隔。它根據(jù)柜內(nèi)的檢修要求以及絕緣性能，還可將母線室的互感器、變壓器及避雷器等進(jìn)一步以小室的方式劃分。在它的柜門內(nèi)側(cè)或儀表室中，集成了各種用途的外閱式儀表，且可通過(guò)門上的觀察窗來(lái)判斷斷路器的油位與真空斷路器的滅弧裝置運(yùn)行情況。為了使小車能夠便于操作，在手車上設(shè)有一個(gè)手搖裝置，能使手車在滑軌上實(shí)現(xiàn)自由進(jìn)出。這樣在運(yùn)維技術(shù)人員進(jìn)行檢修時(shí)只需要更換手車就能夠輕松實(shí)現(xiàn)檢修操作，相比于固定式開關(guān)柜，它為區(qū)域故障停電等大型供電輸電事故的搶修工作爭(zhēng)取到了較多時(shí)間。但由于小車重量較大，此項(xiàng)操作一般需操作人和監(jiān)護(hù)人兩人配合進(jìn)行，且對(duì)操作人要求較高，推進(jìn)或拉出的動(dòng)作需有足夠的力度，而力度過(guò)大會(huì)造成滑車、導(dǎo)致柜內(nèi)連桿等配件損壞，特別是進(jìn)行大電流柜小車的推拉操作，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)推不進(jìn)或拉不出的情況[1]。

針對(duì)以上情況，本項(xiàng)目擬研制一種高壓柜開關(guān)小車推拉操作輔助裝置，由手搖傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、與推進(jìn)車相匹配的固定裝置組成，運(yùn)行人員可方便可靠安全地實(shí)現(xiàn)開關(guān)小車檢修與試驗(yàn)位置的轉(zhuǎn)換，降低了操作風(fēng)險(xiǎn)、提升操作質(zhì)量，有效避免高壓柜小車因推拉操作而導(dǎo)致連桿故障損壞，影響正常檢修運(yùn)行的情況。

2 高壓柜小車的操作問(wèn)題

在供電公司的運(yùn)維檢修實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前移開式小車的操作，當(dāng)需要從檢修位置推進(jìn)試驗(yàn)位置、或由試驗(yàn)位置拉至檢修位置時(shí)，由于自身小車重量的原因，往往需兩名技術(shù)人員配合操作，且經(jīng)常出現(xiàn)定位銷或連桿等機(jī)柜部件受到機(jī)械外力損傷，造成推車滑出翻車、卡塞、復(fù)位不完全的問(wèn)題。分析供電公司高壓柜體的損壞故障原因，主要是因?yàn)槭周囀礁邏汗翊嬖诿黠@的設(shè)計(jì)缺陷。

一是操作力度難以把握的問(wèn)題，小車內(nèi)集成的電子儀表與設(shè)備過(guò)多，這樣推車自帶的小車在推拉時(shí)必須要較大的力度才能操作其位移，而柜體結(jié)構(gòu)中用于使小車在軌道上滑出的傳動(dòng)裝置配件很容易因操作人員力度過(guò)大的原因而形變損傷，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)出現(xiàn)軌道卡塞問(wèn)題，使小車難以復(fù)位或復(fù)位不完全；二是對(duì)兩邊限位導(dǎo)軌的受力平衡性有著較高要求，若是操作人員在左右兩個(gè)把手處施力不均，很容易出現(xiàn)導(dǎo)軌錯(cuò)位，這種現(xiàn)象在一些大電流高壓柜上極為頻繁，常導(dǎo)致小車在故障位置卡塞，推不進(jìn)拉不出，直接影響整組高壓柜變電站的正常運(yùn)行。

因此，移開式小車直接用手推車進(jìn)行推拉操作，會(huì)因?yàn)楦鞣N不確定性因素使高壓機(jī)柜小車出現(xiàn)錯(cuò)位，小車的母線端通常情況下帶有高壓線路，很容易因絕緣性能降低而產(chǎn)生電弧現(xiàn)象，給檢修工作埋下嚴(yán)重安全隱患[1]。在供電公司的變電站運(yùn)維工作中，移開式小車的推拉操作又是極為頻繁的，甚至一些重點(diǎn)地區(qū)的變電站機(jī)柜全年內(nèi)操作頻次要高達(dá)1600余次，所以對(duì)于變電站的運(yùn)維人員來(lái)說(shuō)，在這種使用頻率高、危險(xiǎn)因素復(fù)雜的機(jī)柜環(huán)境中，利用延伸裝置來(lái)極大程度提高運(yùn)維工作的安全操作系數(shù)是非常具有現(xiàn)實(shí)意義的。

3 小車推拉操作輔助裝置的設(shè)計(jì)與工作原理

該操作輔助裝置的工作面主要構(gòu)造如圖1，主要是由以下部位組成。

圖1 小車推拉操作輔助裝置結(jié)構(gòu)示意圖

承板。是一塊底部有支撐的鋼板，起到穩(wěn)定小車推出送入的輔助固定作用，也是為輔助裝置所有的構(gòu)件提供物理支撐固定的作用的工作面。在實(shí)際操作中，承板位于推車與機(jī)柜小車之間，由下面的手推車負(fù)責(zé)提供承板向上的支撐力；輸送帶。是為小車滑出起到提供水平動(dòng)力的裝置，由一條具有較強(qiáng)漲緊性能的牽引帶與兩個(gè)牽引齒輪構(gòu)成，這樣使它在承載機(jī)柜小車時(shí)，不會(huì)因過(guò)度下凹而出現(xiàn)輸送阻力，它以左右對(duì)稱的形式安裝固定在裝置承臺(tái)的左右兩側(cè)，裝置運(yùn)行時(shí)輸送帶的運(yùn)動(dòng)方向始終與小車導(dǎo)軌方向平行。

傳動(dòng)軸。是橫向安裝兩組輸送帶齒輪的圓心位置，依靠自身的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)輸送帶的牽引齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，在兩根傳動(dòng)軸的影響下，兩側(cè)導(dǎo)軌方向的輸送帶可保持同一方向和同一運(yùn)動(dòng)速度。遠(yuǎn)離柜體一端安裝的是牽引軸，負(fù)責(zé)將自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為輸送帶齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的牽引力，從而驅(qū)動(dòng)輸送帶水平運(yùn)動(dòng)；靠近柜體一端的是連動(dòng)軸，將輸送帶水平運(yùn)動(dòng)的力轉(zhuǎn)化為末端齒輪的驅(qū)動(dòng)力。這樣就能確保小車在輔助裝置上操作拉出與推入時(shí)兩側(cè)導(dǎo)軌受力始終是均勻的。

旋轉(zhuǎn)手柄。在承板遠(yuǎn)離高壓柜小車的一端，與高壓柜門方向平行安裝了一個(gè)旋轉(zhuǎn)手柄，它是整個(gè)裝置中負(fù)責(zé)提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的裝置，整個(gè)輔助裝置的整體思路就是將手柄部分的旋轉(zhuǎn)力，依靠多組傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)化為高壓柜小車導(dǎo)軌方向的水平作用力，在手柄位置為方便運(yùn)維人員施力，設(shè)計(jì)為一個(gè)軸承與手柄桿套接的結(jié)構(gòu)，這樣可保持旋轉(zhuǎn)手柄在轉(zhuǎn)盤運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，手柄不會(huì)對(duì)運(yùn)維人員的手產(chǎn)生牽動(dòng)力。當(dāng)操作手柄使轉(zhuǎn)盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳輸帶水平運(yùn)動(dòng)方向遠(yuǎn)離柜體，小車做出拉出動(dòng)作；反之則是靠近柜體方向，帶動(dòng)小車推回柜體內(nèi)。

轉(zhuǎn)型齒輪組。位于手柄與牽引軸之間，由兩個(gè)軸面互相垂直、且齒數(shù)相同的齒輪互相咬合組成，一個(gè)齒輪受到來(lái)自于轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動(dòng)力后，通過(guò)輪齒與輪齒之間的作用，傳遞為另外一個(gè)不同運(yùn)動(dòng)方向齒輪的驅(qū)動(dòng)力，這樣就實(shí)現(xiàn)了將轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)化為軸旋轉(zhuǎn)力的功能了[2]；支架。用于固定整個(gè)手搖傳動(dòng)裝置與承板相對(duì)位置的物理連接配件，與承板采用一體式加工的工藝打造而成，預(yù)留出了用于傳動(dòng)軸穿過(guò)的孔洞，與傳動(dòng)軸連接位置為了避免摩擦，在連接處各有一組軸承套接。

卷盤。是用于盛裝卷繩的容器外殼，內(nèi)部的卷繩帶有一個(gè)掛耳，當(dāng)小車抽出后，將掛耳與小車的兩側(cè)拉手處掛接，實(shí)現(xiàn)卡死限位功能。內(nèi)部的卷繩與傳動(dòng)軸是相對(duì)靜止的，當(dāng)小車做出推入或拉出動(dòng)作時(shí)，依靠轉(zhuǎn)盤手柄的手搖傳動(dòng)使傳輸帶進(jìn)行順時(shí)針或逆時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng)，而卷盤也會(huì)隨著順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)小車的拉出操作；保護(hù)膠套。安裝在傳動(dòng)軸的兩側(cè)，起到極限緩沖及保護(hù)作用。

4 小車推拉操作輔助裝置的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

4.1 構(gòu)造特點(diǎn)

輔助裝置的主要構(gòu)造零件為承板、支架、旋轉(zhuǎn)手柄、傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)向齒輪、卷盤、卷繩、輸送帶以及保護(hù)膠套組成。

4.2 工作流程

當(dāng)運(yùn)維人員需手車式高壓柜的推拉操作時(shí)，將手推車升降到對(duì)應(yīng)小車高度后，在手推車托盤處放置輔助裝置，而后將小車的柜門外緣拉至輸送帶，由輸送帶托起小車底部，并用卷繩掛耳固定拉手。再由運(yùn)維人員驅(qū)動(dòng)手柄順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向齒輪組轉(zhuǎn)動(dòng)，傳遞為傳動(dòng)軸的自轉(zhuǎn)，從而牽引輸送帶與卷盤運(yùn)動(dòng)，此時(shí)輸送帶做遠(yuǎn)離柜門的水平運(yùn)動(dòng)，卷繩起收緊效果，通過(guò)卷繩與輸送帶的協(xié)力形成均勻的拉力，將小車?yán)睓z修位置。當(dāng)小車行進(jìn)至限定位置時(shí)手柄轉(zhuǎn)動(dòng)停止。

而檢修完畢需推入送回小車時(shí)，則是運(yùn)維人員逆時(shí)針?lè)较蝌?qū)動(dòng)手柄轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)組運(yùn)動(dòng)方向與此前完全相反，取下卷繩掛耳并收回卷繩后，由輸送帶單獨(dú)完成推車動(dòng)作，將小車推至柜前，調(diào)整使其完全復(fù)位。在整個(gè)小車?yán)鲞^(guò)程中，保護(hù)膠套起到的作用是限位鎖定，避免小車被拉出超過(guò)極限位置，同時(shí)起到傳動(dòng)軸的緩沖作用，防止出現(xiàn)扯拽性質(zhì)的拉力過(guò)大，損傷小車的連桿配件。

4.3 項(xiàng)目采用的技術(shù)原理

采用手搖齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)連桿進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，均勻作用于開關(guān)小車左右底盤拉手處，利用小齒輪帶動(dòng)帶動(dòng)大齒輪的杠桿原理，能省力完成開關(guān)小車的推拉操作，避免拉應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致小車滑槽配件損壞，且由于兩組同速的齒輪輸送帶作為傳動(dòng)裝置，能夠避免開關(guān)小車因受力不均而對(duì)兩邊限位導(dǎo)軌產(chǎn)生的沖突撞擊現(xiàn)象，能夠更平穩(wěn)地移動(dòng)。

5 小車推拉操作輔助裝置的設(shè)計(jì)思想及技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

分析高壓柜小車的運(yùn)行原理，在將小車操作球柄拉出至檢修檔位的過(guò)程中以及復(fù)位過(guò)程中，滑軌兩側(cè)的受力不均，這樣的情況下小車的牽引力方向和滑出軌道是存在較大偏差的，因而會(huì)對(duì)機(jī)柜中的傳動(dòng)連桿與定位銷等實(shí)現(xiàn)推拉限位功能的配件造成一定的磨損與損傷。尤其是大電流的小車手車經(jīng)常會(huì)因此產(chǎn)生推不進(jìn)拉不出的故障問(wèn)題，影響高壓小車的正常使用，而因傳動(dòng)配件變形或損壞導(dǎo)致的手車復(fù)位不完全問(wèn)題，也給機(jī)柜的電氣設(shè)備帶來(lái)了非常大的隱患問(wèn)題，且無(wú)輔助裝置的操作模式下，除檢修的技術(shù)人員外，還有在旁有一名監(jiān)護(hù)人員來(lái)配合固定推出，避免手推車滑出翻車，造成儀器元件損壞。

所以小車推拉操作輔助裝置所要解決的問(wèn)題主要有兩個(gè)：一是解決小車因應(yīng)力偏差而導(dǎo)致的機(jī)柜傳動(dòng)配件損耗問(wèn)題，延長(zhǎng)高壓小車柜的使用壽命，避免事故隱患。

二是從最優(yōu)化人力資源配置的角度，將傳統(tǒng)的兩人操作模式改為可由單人輕松完成，省去不必要的人力配合固定流程。為將小車推出過(guò)程中受重力的不利影響降到最低，考慮利用一種輸送帶的傳動(dòng)原理驅(qū)動(dòng)小車水平推拉，這樣首先能讓小車推拉操作時(shí)始終保持理想的水平受力狀態(tài)，不會(huì)給傳桿等傳動(dòng)配件帶來(lái)外力破壞的問(wèn)題。另一方面由輔助裝置的水平運(yùn)動(dòng)施力，與以往手工操作推拉相比小車兩側(cè)的限位導(dǎo)軌受力是絕對(duì)均衡的，不會(huì)因受拉力不均的原因?qū)е聦?dǎo)軌錯(cuò)位；第三由承板充當(dāng)小車的支承輔助，可避免推拉時(shí)滑車甚至翻車的問(wèn)題，且不再需要另一名監(jiān)護(hù)技術(shù)人員在旁輔助操作。

技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)：普遍適用性。適用于多種不同型號(hào)規(guī)格的移開式小車，可基本滿足變動(dòng)站運(yùn)維人員的所有推拉柜門的操作要求；便于操作。該輔助裝置與小車的閉鎖部分完全匹配，由旋轉(zhuǎn)手柄提供推拉動(dòng)力的設(shè)計(jì)，可使原先的推拉操作更加省力便捷，使用輔助裝置后，即使是大電流高壓柜的小車操作，也不再需兩人協(xié)作配合，能顯著提高變電站的運(yùn)維工作效率；限位保護(hù)功能。針對(duì)小車的導(dǎo)軌滑槽結(jié)構(gòu)，選擇輸送帶的動(dòng)力模式，能夠很好地滿足左右均勻受力需求，且該裝置的保護(hù)膠套還具有限位保護(hù)功能，可將推拉小車的力度限制在不發(fā)生配件沖撞的范圍內(nèi)，并能避免高壓柜小車過(guò)度滑出。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)初步方案設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，該裝置在用于移開式推拉小車檢修操作中，能顯著地降低推拉高壓柜小車的操作難度，避免小車與導(dǎo)軌滑槽的沖突問(wèn)題，小車推出平穩(wěn)，操作安全系數(shù)較高。