通用型多功能断路器检修小车设计与实现.pdf
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1、51 电工电气 (2023 No.7)工艺与装备基金项目:国网江苏省电力有限公司孵化项目资助(JF2023014)作者简介:宋承明(1978),男,高级工程师,学士,从事变电检修工作。宋承明,陈海原,王皓,马杰,孙志宇(国网江苏省电力有限公司连云港供电分公司,江苏 连云港 222004)摘 要:针对现有断路器检修技术中检修时间长、操作复杂、安全性低等问题,设计了一种新型的通用多功能断路器检修小车。该装置能够实现升降取放断路器、断路器底盘车直接翻转等功能,并且适用于不同型号的断路器。对该装置的结构进行了分析并进行实验验证,证明该装置能够满足断路器检修的载荷要求以及功能预期。通过制作实体装置并应用
2、,实测数据表明:该装置能够有效地缩短断路器的检修时间,提升检修的安全性及检修效率。关键词:断路器检修;通用检修小车;物理实现中图分类号:TM561 文献标识码:A 文章编号:1007-3175(2023)07-0051-05 Abstract:The present circuit breaker maintenance technology has problems of long maintenance time,complex operation and low safety,so this paper designs a new universal multi-functional c
3、ircuit breaker maintenance trolley.The device not only can pick and place the circuit breaker by adjusting the height of the platform,turn over the circuit breaker chassis,but also can be used for different types of circuit break-ers.Through analyzing the trolley structure and experimental verificat
4、ion,it is found that this device can meet the load requirements of circuit breaker maintenance and functional expectation.After manufacturing the physical device and making it into application,the measured data show that the device can effectively shorten the time of circuit breaker maintenance and
5、increase maintenance safety and efficiency.Key words:circuit breaker maintenance;universal maintenance trolley;physical implementationSONG Cheng-ming,CHEN Hai-yuan,WANG Hao,MA Jie,SUN Zhi-yu(State Grid Jiangsu Electric Power Co.,Ltd.Lianyungang Power Supply Company,Lianyungang 222004,China)Design an
6、d Implementation of a Universal Multi-Functional Circuit Breaker Maintenance Trolley通用型多功能断路器检修小车设计与实现0 引言现阶段我国的电力行业高速发展,高压电器设备检修管理工作面临着巨大的挑战1。开关柜是一种典型的由断路器等元件构成的高压成套开关设备,其作用在于线路的投切管理和电能的高效分配2,对于电网的正常运行和故障检修具有重要作用。近年来,10 kV 开关柜的事故发生次数较多,引起了业界人们的广泛关注3-4。业内对于手车式断路器的检修方法主要分为两种5,一种是使用人力将重达上百公斤的设备从手车上抬到地
7、上进行翻转检修,另一种则是使用吊装结构将开关吊起后再进行检修6。这两种方式都存在一定的安全风险,一旦设备突然脱落,检修人员很难来得及闪躲,并且操作效率很低,通常需要耗费非常长的检修时间。在手车式断路器的检修工作中的主要难点是底盘车的检修6,因此,如何简化底盘车的检修成为了一个亟待解决的难题。为了解决上述的问题,检修小车渐渐的被应用在手车式断路器的检修操作当中。现有的检修小车大多是根据某一或几个型号的底盘车进行适配的。然而由于装配的开关柜来自许多不同厂家的不同型号,导致一个检修站需要配备多个检修小车7,给检修工作带来了极大的不便,不满足可适应性设计理念8。参考文献 9 提出的液压式小车分布式结构
8、增加了小车的普适性。参考文献 8 中提出的检修车极大的提升了检修效率。参考文献 10-12 中的小车能够实现高度调节。但是上述方案都不能实通用型多功能断路器检修小车设计与实现52电工电气 (2023 No.7)现底盘车的直接底盘检修。参考文献 5 中虽然解决了开关底盘检修问题,但并不能实现底盘车翻转,检修较为费力。参考文献 13 中提出的检修小车能够适配不同的断路器并且能够实现翻转,但是翻转过程依然依靠手动调节,并且依然需要吊装设备进行底盘车的取放。本文针对检修小车的通用性和简易操作性进行了结构研究以及物理实现,提出了一种能够适用于多种型号底盘车的可翻转升降的通用检修小车。该装置相比于现有的方
9、案具有以下优势:(1)能够调节开合装置以适应不同规格的底盘车尺寸,省去了配备多个型号检修小车对资源的浪费。(2)能够实现底盘车的任意角度直接翻转,相比于现有的翻转方法速度更快效率更高。(3)能够实现高度调节,能够直接取放底盘车,在适应不同尺寸的底盘车的同时提高了检修者的舒适度。1 装置的总体设计及分析为了实现底盘车的不同规格尺寸以及对底盘车的翻转升降功能,可以在功能上将本装置分为三个模块:开口调节模块、翻转调节模块、升降调节模块。这三个模块安装在车架上,实现多功能检修小车的整体。1.1 开口调节模块由于不同的型号的底盘车尺寸上有一定的差距,因此要求开口调节模块具有较宽的调节范围,同时需要承受较
10、大的负荷。设计承载固定板、L 型承载导轨及开合移动板(单位为 mm),如图 1 所示。承载固定板上下各安装一条直线导轨,每条导轨上装有两个滑块,开合移动板与上下直线导轨滑块栓接使其能够随着滑块在直线导轨上移动,L 型承载导轨栓接在开合移动板上作为底盘车的承载体。通过调节导轨上两个滑块的距离,即可使得承载结构能够适应不同型号的底盘车尺寸,以实现多功能检修小车的通用性。1.2 翻转调节模块为了实现承重平台角度可控的直接翻转功能,一种具有较大承重能力的自锁闭环角度控制系统被设计应用在本装置中。1.2.1 机械设计部分为了实现底盘车的直接翻转功能,需要将承重平台整体进行翻转,因此对旋转机构的承重能力具
11、有很高的要求。回转支撑轴承被应用在旋转机构当中,支撑轴承能够承受较大的轴向力以及径向力,是本应用场景的理想之选。为了实现调节角度的自锁,蜗轮蜗杆的传动机构被应用在本装置中。伺服电机通过转动蜗杆从而实现支撑轴承齿轮的转动带动承重平台进行翻转。由于蜗轮蜗杆结构本身具有的自锁特性14,本装置无需添加其他的限位装置即可实现旋转机构的自锁。1.2.2 电机控制部分为了实现承重平台任意角度的翻转,基于位置控制式的伺服电机被应用在旋转驱动装置之中。图 2 为本装置使用的位置控制式伺服电机控制结构图15-16。a)承载固定板1 04023310118.51 0606005008020b)L型承载导轨78180
12、18073010图1 开口调节模块各部分结构图c)开合移动板7860020通用型多功能断路器检修小车设计与实现53 电工电气 (2023 No.7)图 2 中P*m为指定位置,*m和m为转换之后的指定角度和实际角度,N*为目标速度,*t和m为限制速度和实际速度,i*q和iq为q轴目标电流和实际电流,i*d和id为d轴目标电流和实际电流,i和i为 Clark 变换之后的电流值,ia、ib、ic为电机的三相电流,u*q和u*d为q轴和d轴目标电压,u*和u*为经过 Park 反变换之后的电压。伺服电机驱动器接收来自总控系统的位置控制指令,通过尺度换算之后转换为电机的目标角度信号。然后经过速度环输出
13、q轴的电流值。d轴电流以及q轴电流经过 Park 反变换以及 Clark 反变换之后转换为三相电流值。最后通过逆变器进行电流输出。Park变换以及Clark变换的表达式分别如式(1)、式(2)所示。Park 反变换以及 Clark 反变换如式(3)、式(4)所示。本装置不仅可以调节承重平台旋转到任意的角度,并且可以控制电机的旋转速度以适应不同的工况。翻转平台的角度控制流程图如图 3 所示;通过输入承重平台所需的旋转角度,驱动电机转动;在转动过程中可以调节平台的转动速度;当承重平台到达指定的位置后,电机停止运动并进行抱轴,避(2)idiqii=cosm-sinmsinmcosm(3)u*u*u*
14、qu*d=cosmsinm-sinmcosm(1)iii0iaibic=2310 2/2-1/2 3/2 2/2-1/2-3/2 2/2(4)uaubucu*u*=1-1/2-1/20 3/2-3/2免由于蜗轮蜗杆滑动产生角度偏移。1.3 升降调节模块升降调节模块承载着整个负载进行上下移动,因此对整个升降结构的强度具有很高的要求。目前主要的升降装置有如下几种,分别为小型液压升降平台、电动升降杆、螺旋升降器。表 1 为这三种升降装置的性能对比,综合表 1 可以看出,螺旋升降器在安全性、承重载荷以及升降精度方面都优于其余两种升降结构。因此这里采用螺旋升降器作为升降结构的主要部件。1.4 车架设计以
15、及整体组装图 4 为车架的结构图,车架体由两支垂立的C 型导向型钢、横中梁、横底梁、双纵底梁、后脚轮图3 角度控制流程图开始输入目标角度尺度转换默认速度输入速度电机运行电机抱轴确认?到达目标角度?是否有值?NNNYYY表1 三种升降装置的性能对比升降装置承重载荷安全性升降精度小型液压升降平台数吨级不具备自锁毫米级电动升降杆200 kg内不具备自锁毫米级螺旋升降器数吨级具备自锁0.1 mm级通用型多功能断路器检修小车设计与实现图2 位置控制式伺服电机控制结构图尺度转换PIPIPIPark反变换Park变换逆变器SVPWMClark变换PIP*mu*qi*qi*du*du*iiaidu*iicib
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