高压柜小车推拉操作辅助装置研制

广东电网有限责任公司江门供电局 余锦荣 李建军

如今我国多数10kV电压等级的变电站均配备了移开式小车，这种小车有着操作简便、易于维修的技术优势。但在小车拉出推入的过程中具有较多的不稳定因素，严重影响高压小车的正常运行。因此通过辅助装置让小车顺利滑出与推进，是当前阶段需解决的主要技术问题。但当前市场中还并未出现专门针对移开式小车设计安全操作装置，十分不利于我国电力行业长期稳定发展。因此关于高压柜小车推拉操作辅助装置的研制，是十分具有现实意义的。

在电力运维工作中，10kV高压电柜的输电断电都需要将小车拉出推入来操作，以往的小车推拉操作中，由于小车自身重量较大，往往需要两名技术人员互相配合，且极容易对连杆部位产生机械损伤，不仅容易进一步引发高压柜内设备损坏、造成经济损失，还会对运维技术人员的人身安全具有严重威胁。基于此，本文主要是根据电力运维工作的作业条件与设备安装环境因素，提出一种可辅助高压柜开关小车推拉操作的安全装置研制思路，希望可为电力企业带来一定参考价值。

1 高压柜小车推拉操作辅助装置的技术背景

高压柜小车的特点是在它的机柜内设有一处可拆卸的挡板，可将机柜中的断路器、母线室及电缆室完全分隔。它根据柜内的检修要求以及绝缘性能，还可将母线室的互感器、变压器及避雷器等进一步以小室的方式划分。在它的柜门内侧或仪表室中，集成了各种用途的外阅式仪表，且可通过门上的观察窗来判断断路器的油位与真空断路器的灭弧装置运行情况。为了使小车能够便于操作，在手车上设有一个手摇装置，能使手车在滑轨上实现自由进出。这样在运维技术人员进行检修时只需要更换手车就能够轻松实现检修操作，相比于固定式开关柜，它为区域故障停电等大型供电输电事故的抢修工作争取到了较多时间。但由于小车重量较大，此项操作一般需操作人和监护人两人配合进行，且对操作人要求较高，推进或拉出的动作需有足够的力度，而力度过大会造成滑车、导致柜内连杆等配件损坏，特别是进行大电流柜小车的推拉操作，经常会出现推不进或拉不出的情况[1]。

针对以上情况，本项目拟研制一种高压柜开关小车推拉操作辅助装置，由手摇传动机构、与推进车相匹配的固定装置组成，运行人员可方便可靠安全地实现开关小车检修与试验位置的转换，降低了操作风险、提升操作质量，有效避免高压柜小车因推拉操作而导致连杆故障损坏，影响正常检修运行的情况。

2 高压柜小车的操作问题

在供电公司的运维检修实际工作中发现，当前移开式小车的操作，当需要从检修位置推进试验位置、或由试验位置拉至检修位置时，由于自身小车重量的原因，往往需两名技术人员配合操作，且经常出现定位销或连杆等机柜部件受到机械外力损伤，造成推车滑出翻车、卡塞、复位不完全的问题。分析供电公司高压柜体的损坏故障原因，主要是因为手车式高压柜存在明显的设计缺陷。

一是操作力度难以把握的问题，小车内集成的电子仪表与设备过多，这样推车自带的小车在推拉时必须要较大的力度才能操作其位移，而柜体结构中用于使小车在轨道上滑出的传动装置配件很容易因操作人员力度过大的原因而形变损伤，严重时就会出现轨道卡塞问题，使小车难以复位或复位不完全；二是对两边限位导轨的受力平衡性有着较高要求，若是操作人员在左右两个把手处施力不均，很容易出现导轨错位，这种现象在一些大电流高压柜上极为频繁，常导致小车在故障位置卡塞，推不进拉不出，直接影响整组高压柜变电站的正常运行。

因此，移开式小车直接用手推车进行推拉操作，会因为各种不确定性因素使高压机柜小车出现错位，小车的母线端通常情况下带有高压线路，很容易因绝缘性能降低而产生电弧现象，给检修工作埋下严重安全隐患[1]。在供电公司的变电站运维工作中，移开式小车的推拉操作又是极为频繁的，甚至一些重点地区的变电站机柜全年内操作频次要高达1600余次，所以对于变电站的运维人员来说，在这种使用频率高、危险因素复杂的机柜环境中，利用延伸装置来极大程度提高运维工作的安全操作系数是非常具有现实意义的。

3 小车推拉操作辅助装置的设计与工作原理

该操作辅助装置的工作面主要构造如图1，主要是由以下部位组成。

图1 小车推拉操作辅助装置结构示意图

承板。是一块底部有支撑的钢板，起到稳定小车推出送入的辅助固定作用，也是为辅助装置所有的构件提供物理支撑固定的作用的工作面。在实际操作中，承板位于推车与机柜小车之间，由下面的手推车负责提供承板向上的支撑力；输送带。是为小车滑出起到提供水平动力的装置，由一条具有较强涨紧性能的牵引带与两个牵引齿轮构成，这样使它在承载机柜小车时，不会因过度下凹而出现输送阻力，它以左右对称的形式安装固定在装置承台的左右两侧，装置运行时输送带的运动方向始终与小车导轨方向平行。

传动轴。是横向安装两组输送带齿轮的圆心位置，依靠自身的转动带动输送带的牵引齿轮转动，在两根传动轴的影响下，两侧导轨方向的输送带可保持同一方向和同一运动速度。远离柜体一端安装的是牵引轴，负责将自转转化为输送带齿轮转动的牵引力，从而驱动输送带水平运动；靠近柜体一端的是连动轴，将输送带水平运动的力转化为末端齿轮的驱动力。这样就能确保小车在辅助装置上操作拉出与推入时两侧导轨受力始终是均匀的。

旋转手柄。在承板远离高压柜小车的一端，与高压柜门方向平行安装了一个旋转手柄，它是整个装置中负责提供动力驱动的装置，整个辅助装置的整体思路就是将手柄部分的旋转力，依靠多组传动装置转化为高压柜小车导轨方向的水平作用力，在手柄位置为方便运维人员施力，设计为一个轴承与手柄杆套接的结构，这样可保持旋转手柄在转盘运动的过程中，手柄不会对运维人员的手产生牵动力。当操作手柄使转盘顺时针转动时，传输带水平运动方向远离柜体，小车做出拉出动作；反之则是靠近柜体方向，带动小车推回柜体内。

转型齿轮组。位于手柄与牵引轴之间，由两个轴面互相垂直、且齿数相同的齿轮互相咬合组成，一个齿轮受到来自于转盘的驱动力后，通过轮齿与轮齿之间的作用，传递为另外一个不同运动方向齿轮的驱动力，这样就实现了将转盘的旋转力转化为轴旋转力的功能了[2]；支架。用于固定整个手摇传动装置与承板相对位置的物理连接配件，与承板采用一体式加工的工艺打造而成，预留出了用于传动轴穿过的孔洞，与传动轴连接位置为了避免摩擦，在连接处各有一组轴承套接。

卷盘。是用于盛装卷绳的容器外壳，内部的卷绳带有一个挂耳，当小车抽出后，将挂耳与小车的两侧拉手处挂接，实现卡死限位功能。内部的卷绳与传动轴是相对静止的，当小车做出推入或拉出动作时，依靠转盘手柄的手摇传动使传输带进行顺时针或逆时针的转动，而卷盘也会随着顺时针或逆时针转动，实现小车的拉出操作；保护胶套。安装在传动轴的两侧，起到极限缓冲及保护作用。

4 小车推拉操作辅助装置的设计特点

4.1 构造特点

辅助装置的主要构造零件为承板、支架、旋转手柄、传动轴、转向齿轮、卷盘、卷绳、输送带以及保护胶套组成。

4.2 工作流程

当运维人员需手车式高压柜的推拉操作时，将手推车升降到对应小车高度后，在手推车托盘处放置辅助装置，而后将小车的柜门外缘拉至输送带，由输送带托起小车底部，并用卷绳挂耳固定拉手。再由运维人员驱动手柄顺时针转动，带动转向齿轮组转动，传递为传动轴的自转，从而牵引输送带与卷盘运动，此时输送带做远离柜门的水平运动，卷绳起收紧效果，通过卷绳与输送带的协力形成均匀的拉力，将小车拉直检修位置。当小车行进至限定位置时手柄转动停止。

而检修完毕需推入送回小车时，则是运维人员逆时针方向驱动手柄转动，传动组运动方向与此前完全相反，取下卷绳挂耳并收回卷绳后，由输送带单独完成推车动作，将小车推至柜前，调整使其完全复位。在整个小车拉出过程中，保护胶套起到的作用是限位锁定，避免小车被拉出超过极限位置，同时起到传动轴的缓冲作用，防止出现扯拽性质的拉力过大，损伤小车的连杆配件。

4.3 项目采用的技术原理

采用手摇齿轮传动，带动连杆进行往复运动，均匀作用于开关小车左右底盘拉手处，利用小齿轮带动带动大齿轮的杠杆原理，能省力完成开关小车的推拉操作，避免拉应力过大导致小车滑槽配件损坏，且由于两组同速的齿轮输送带作为传动装置，能够避免开关小车因受力不均而对两边限位导轨产生的冲突撞击现象，能够更平稳地移动。

5 小车推拉操作辅助装置的设计思想及技术创新点

分析高压柜小车的运行原理，在将小车操作球柄拉出至检修档位的过程中以及复位过程中，滑轨两侧的受力不均，这样的情况下小车的牵引力方向和滑出轨道是存在较大偏差的，因而会对机柜中的传动连杆与定位销等实现推拉限位功能的配件造成一定的磨损与损伤。尤其是大电流的小车手车经常会因此产生推不进拉不出的故障问题，影响高压小车的正常使用，而因传动配件变形或损坏导致的手车复位不完全问题，也给机柜的电气设备带来了非常大的隐患问题，且无辅助装置的操作模式下，除检修的技术人员外，还有在旁有一名监护人员来配合固定推出，避免手推车滑出翻车，造成仪器元件损坏。

所以小车推拉操作辅助装置所要解决的问题主要有两个：一是解决小车因应力偏差而导致的机柜传动配件损耗问题，延长高压小车柜的使用寿命，避免事故隐患。

二是从最优化人力资源配置的角度，将传统的两人操作模式改为可由单人轻松完成，省去不必要的人力配合固定流程。为将小车推出过程中受重力的不利影响降到最低，考虑利用一种输送带的传动原理驱动小车水平推拉，这样首先能让小车推拉操作时始终保持理想的水平受力状态，不会给传杆等传动配件带来外力破坏的问题。另一方面由辅助装置的水平运动施力，与以往手工操作推拉相比小车两侧的限位导轨受力是绝对均衡的，不会因受拉力不均的原因导致导轨错位；第三由承板充当小车的支承辅助，可避免推拉时滑车甚至翻车的问题，且不再需要另一名监护技术人员在旁辅助操作。

技术创新点：普遍适用性。适用于多种不同型号规格的移开式小车，可基本满足变动站运维人员的所有推拉柜门的操作要求；便于操作。该辅助装置与小车的闭锁部分完全匹配，由旋转手柄提供推拉动力的设计，可使原先的推拉操作更加省力便捷，使用辅助装置后，即使是大电流高压柜的小车操作，也不再需两人协作配合，能显著提高变电站的运维工作效率；限位保护功能。针对小车的导轨滑槽结构，选择输送带的动力模式，能够很好地满足左右均匀受力需求，且该装置的保护胶套还具有限位保护功能，可将推拉小车的力度限制在不发生配件冲撞的范围内，并能避免高压柜小车过度滑出。

6 结语

通过初步方案设计与现场调研，该装置在用于移开式推拉小车检修操作中，能显著地降低推拉高压柜小车的操作难度，避免小车与导轨滑槽的冲突问题，小车推出平稳，操作安全系数较高。