10 kV中置式开关柜通用型智能验电手车的研制

陈松，应东，璩光明，何军，王浦任，刘磊

（国网宁夏电力有限公司银川供电公司，宁夏银川 750011）

0 引言

中置式开关柜因其结构紧凑、封闭良好和安全可靠等诸多优点，在电力系统特别是10 kV配电系统中得到了广泛应用[1-4]。在对开关柜及手车断路器等设备进行检修和试验等工作中，停电完成后需对开关柜出线侧进行验电，确认出线侧不带电后方可合上接地开关，以避免带负荷接地事故的发生，确保人身和电网设备安全。开关柜现有“五防”闭锁逻辑中，为防止误入带电间隔，只有合上接地开关后才能打开后柜门，这与应首先检测确认出线侧无电后方能合接地开关的验电措施产生冲突。目前常用的验电方式是利用验电手车打开开关柜前柜内隔离挡板，检验线路侧静触头是否有电；但是，这种验电方式却存在一些问题：一方面，这种验电手车设计上存在一定的缺陷，进而导致试用过程中验电手车易发生倾倒，容易造成人身伤亡事故；另一方面，其尺寸固定，在设备通用性方面也存在着一定的不足。此外，因无法判断静触头与验电器是否接触良好，进而使得该验电方式缺乏足够的安全性和可靠性[5-7]。现有验电方式的诸多不利因素均对日常检修工作的安全顺利开展造成了极大的障碍，因此，研制一种符合相关规程要求，消除安全隐患，且可以监控验电器与开关柜内触头接触情况的通用型智能验电手车，对于日常检修工作的顺利开展和检修人员的生命安全来说具有重要意义[8-10]。根据现有验电方式进行针对性设计，研制了一种10 kV中置式开关柜通用型智能验电手车，借助电动调节模块和摄像头监测模块使验电手车在实现有效验电这一基础功能之外，同时兼具通用性和智能性，实现了安全有效的智能验电。

1 验电手车的设计

10 kV中置式开关柜通用型智能验电手车三维结构如图1所示，主要由基本构架、智能调节验电模块和智能监控模块三大部分组成。考虑验电手车在实际使用过程中的安全性，避免在移动及验电过程中发生倾倒，手车底座选用真空断路器手车同型底座，结合步进电机的使用在实现手车摇进摇出功能的同时满足安全和稳定性需求。同时，手车金属部分多选用铝合金进行加工制作，在满足机械强度和性能要求的前提下尽可能降低整体重量，提升使用体验。

图1 10 kV中置式开关柜通用型智能验电手车三维结构

如图1所示，摄像头、显示屏、控制器模组、供电模块、验电高度调节模组、验电宽度调节模组、验电器、手车底座与宽度调节模组以及验电动作模组等9部分（序号1至9）共同构成验电手车的智能监控和智能调节部分。设计上，一方面智能监控部分采用红外测距传感器和霍尔式转速传感器分别对手车进出过程中距离和角度的变化进行实时检测，并借助全彩摄像头对暗光条件下的调节动作进行实时监控，结合报警功能便可对验电模块高度调节过程、验电模块的位置及移动、以及电动调节模块的调整进行监测和判断；另一方面，将智能调节和智能监控部分相结合的设计，使得智能调节部分能够在监控部分对验电器与静触头接触情况实时监控的情况下，实现对验电模块的及时动态调整，从而提高验电准确性和可靠性。

2 验电手车的功能实现

根据前期的实际调研分析和功能结构设计，最终设计制作的验电手车在有效验电这一主体功能的实现过程上被划分为手车摇进与开关柜隔离档板开启、验电过程智能调节监控以及带电响应报警等三大部分。

在验电手车摇进或摇出开关柜的过程中，锂电池作为动力源为步进电机和电动调节部分提供电能，电动调节模块通过与手车底座导轨相配合的步进电机进行控制，进而依据开关柜尺寸对手车底盘宽度和感应式验电器的高度和宽度进行电动调节，使手车具备一定的通用性。刚性抱紧式连接器将滑台与电机进行连接，既保证了调节精度又避免了移动过程中滑台出现松动的可能，使验电过程更具稳定性。此外，由高压开关柜内部结构可知，前后柜空间在水平方向上被隔离挡板一分为二，将后柜高压带电部分与前柜空间之间形成物理隔离，避免操作人员误碰高压带电体，起到保障人员安全的作用。当手车在柜体内前进直至遇到隔离挡板时，分离式结构设计的U型压合口将会推动隔离挡板连杆，将上下隔离挡板打开以便验电器进行验电。

验电手车在开关柜内移动的过程中，处理器模块将从手车移动前进过程中采集到的各个传感器数据处理为手车的位置信息，并发送至电动调节和高度调节模块的各个控制电机以及摄像监控模块，进而在水平和垂直方向上对验电触头高度进行调节，同时对验电模块与开关柜静触头的接触情况进行实时监控，实现验电过程的可视化和智能化。此外，预先编制并写入处理器中的操作程序在验电手车操作面板辅助下使得操作人员不但能够在操作方式上实现按钮控制和触摸控制，而且在验电方式上既可以按照操作顺序进行手动操作也可选择自动验电，从而实现一键验电的自动化操作。验电小车在智能化和自动化方面的表现使其在当今电气设备愈加智能的趋势中展现出良好的应用潜力。

验电手车被推入开关柜的过程中伴随着U型压合口将隔离挡板打开，当验电杆前端的验电触头通过打开的隔离挡板继续前进至与带电静触头间的空气隙被击穿，即验电器检测到开关柜静触头带电后，随之发出相应的电信号接通声光报警系统进而发出声光报警信号，最终实现验电并警示的功能。此外，感应式验电器的自检功能则能够实现在进行实际验电操作前先对自身功能进行核验的目的，在保证验电准确性的同时也满足了安全验电操作规程，有效保障了操作人员的人身安全。

综上所述，10 kV中置式开关柜通用型智能验电手车的具体验电过程见图2。处理器模块和相应的传感器组件对于验电功能是否能够顺利实现发挥着至关重要的作用，每一项操作的有效完成与否都可以通过处理器对获取的传感器信号做出逻辑判断，只有在获得相应的判断结果后才能进行下一项或重新返回上一项操作，而无需人为做出判断，这也正是验电手车智能性的重要体现。

图2 10 kV中置式开关柜通用型智能验电手车工作流程

3 使用效果分析

3.1 测试试验

为检验10 kV中置式开关柜通用型智能验电手车能否实现功能，首先在实验室内对组装好的验电手车分别进行了验电测试试验和智能监控测试试验，验电测试试验中主要针对手车在不同带电情况和不同间距尺寸情况下，电动调节功能和验电结果的正确与否，部分试验结果如表1所示。

表1 验电手车验电试验结果统计（部分）

智能监控测试试验中，通过手动设置验电杆水平间距、垂直高度和角度偏差，使其与开关柜静触头位置不完全对应，从而验证智能监控功能是否正常，部分试验结果如表2所示。

表2 验电手车验电智能监控试验结果统计（部分）

从表1验电试验结果中可以看到，验电手车在试品带电的情况下能够可靠地发出报警信号，而在试品不带电时报警装置能够可靠不发出报警信号，同时验电手车的电动调节功能也能正常实现。表2的智能监控测试试验结果则表明当验电杆在水平方向、垂直方向以及角度上存在一定的偏差时，验电手车能够通过智能监控系统对存在的偏差进行准确的测量并发出相应信号进行告警。上述两项测试结果表明在实验室环境中验电手车的验电、调节、告警以及监控等功能均能正常实现，表现出了可靠的验电准确性，具备了进行现场实际验证的条件。

3.2 现场验证

为了进一步验证本文提出的通用型智能验电手车在实际使用过程中的验电效果，结合停电检修计划，在办理相关手续后在5座变电站站内对验电手车开展试用。现场验证过程中，按照操作流程进行验电，测试验电手车各项功能实现情况，并对相关结果进行统计整理，如表3所示。

表3 验电手车现场试用结果统计

从表3所示的现场验证结果中可以看到，对于5种不同型号的开关柜，测试过程中验电手车电动调节模块能够正常工作，开关柜隔离挡板能够被顺利开启，当试品开关柜后柜的线路侧带电时验电手车能够可靠发出报警信号，并且整个验电过程也可以通过清晰的监控影像进行观察。现场试验结果表明验电手车的各项设计功能均能正常实现，能够完成有效的安全可靠验电。

3.3 效果分析

通过在实验室的测试试验和在变电站内的现场验证，本文研制的10 kV中置式开关柜通用型智能验电手车测试合格，各功能运行正常，摄像监控画面清晰，监控报警功能正常，验电报警及显示正确，实现了其全部设计功能，达到了预期目标。与传统验电方式相比，10 kV中置式开关柜通用型智能验电手车实现了不同厂家、不同型号的开关柜全程监控及自主验电功能，通过显示屏对验电过程实时显示，具备声光报警功能，具有良好的人机交互性能，验电结果准确率高达100%，体现了验电手车验电的准确性、可靠性和安全性。

4 结语

10 kV中置式开关柜通用型智能验电手车克服了现有验电方法的缺陷，重点突出安全性和可靠性，能够监控并自动准确调节手车高度和验电器位置，对验电过程进行实时调整，同时还能实现一键自动化验电操作，体现了智能化电气设备属性。整体验电过程操作简单，验电结果准确有效，解决了现有“五防”逻辑与验电流程存在的问题，提高了电网运行检修的安全水平和智能化水平，具有良好的推广价值。