智能中置式开关柜手车开关转运小车设计研究

国网山东省电力公司五莲县供电公司 张风雷 梁 霞 刘祥友 张红丽 陈洪莲

目前，国内使用的高压开关柜仍然采用手车式开关为主。断路器开关较重，转运、拆卸和安装时需要借助辅助工具转运小车，小车的主要作用是将中置式开关柜手车开关在冷备用到检修处来回转运，将开关柜手车调整到柜体的高度，便于手车和柜内的接口进行顺利对接，从而完成手车和柜体的安装和拆卸分离。目前，手车的安装和分离均采用手工的方式。由于不同型号的开关柜的尺寸不同，断路器室的高度不同，手车对接时需要手动调节转运小车托盘的高度。市面上的转运小车多采用独立的升降结构，四角各装有一个高度可调的螺栓，使用时需多次分别调节各个螺栓，直到小车高度与断路器室的地板高度一致。

传统的断路器转运小车在使用过程中，往往无法一次完成对位，须多次重复对位操作，不断调整断路器的高度，而独立的升降结构很难使托盘达到绝对水平，对中性较差，而且开关柜手车较重，调节高度时容易导致手车不稳，容易发生手车掉落事故。而且传统转运小车无法大范围地调整高度，由于上面承载的断路器较重，如果高度调整不当则会造成小车托盘和转运轨道变形，损坏设备，甚至造成人员伤害事故。转运小车的底轮为普通的承重万向轮，在推动转运过程中车轮的方向不确定，也容易使小车在推动过程中运行不顺畅，突然的卡顿极易导致手车不稳掉落，较为危险。

为了能够方便快速的完成开关柜手车的分离安装，以及平稳安全的实现手车开关在冷备用到检修处来回转运，本项目设计了一种智能中置式开关柜手车开关转运小车，该转运小车采用锂电池作为驱动动力，运送速度更快，而且速度可控，行进更加平稳。手车放置平台采用电动液压升降式结构，升降平稳，高度可任意调整。平台前端设置有激光测距模块，可精确测量转运小车距离开关柜的距离，自动定位平台高度，不需要人工反复调整，节省时间。

平台上部两侧设有滑行导轨，导轨上装有滑块，方便断路器手车在开关柜和转运小车之间的来回运转。平台上面设有两个液压机械手臂，负责手车的分离和安装。整个操作过程通过遥控自动完成，该智能转运小车可实现对中置式开关柜手车开关的卸载、转运及安装，节省人力财力，远程遥控操作，避免了可能发生的断路器手车重心不稳导致的人员受伤事故的发生。小车智能化程度高，操作简便，具有良好的应用价值和推广价值。

1 智能手车开关转运小车的结构及工作原理

智能中置式开关柜手车开关转运小车由驱动轮、驱动电机、车体、液压推杆、升降台、电动推拉杆、激光测距模块、电池管理模块、控制系统及遥控装置等部件构成。转运小车的轮胎采用橡胶充气轮胎，承重可达500kg，由大功率电机驱动，组成了小车的主要转运系统。车体采用加厚冷轧钢，强度高，承重大。背部设有用于推动小车的手柄。液压推杆和升降台组成了小车的自动升降结构，通过遥控器的控制可实现升降台高度的任意调整和悬停，升高高度最高可达1m。

电动推杆位于升降平台上，负责开关柜手车的推拉工作，完成手车的分离和安装。激光测距模块主要负责小车跟开关柜断路器室的对接时的位置和高度调整工作，自动完成小车和开关柜柜体的对接。电池采用大容量锂电池，为小车的正常工作提供动力源。控制系统为小车的核心部件，保证小车的所有工作顺利完成。遥控器可遥控小车的前进倒退、升降台的升降、手车的分离安装等工作。整个小车自动化、智能化水平较高。

1.1 运转动力模块

目前市面上的中置式开关柜手车开关转运小车的车轮采用的是塑料材质的承重轮，车轮直径较小，从开关柜到检修室的路上在经过电缆沟板或者路面不平的时候会出现卡阻的情况，由于手车上的断路器重心较高，转运过程中的突然卡阻极易导致断路器的倾斜甚至掉落。为了解决小车在转运过程中可能出现的卡阻情况，该智能转运小车增大了车轮的直径，并且改为抗震性更好的充气式橡胶轮胎，车轮直径大，不易被不平的路面或者路面上的小障碍物所阻挡。橡胶轮胎上的防滑纹路可使小车行驶得更加平稳，在坡面上不易打滑。充气式轮胎抗震性更好，防颠簸，同时也兼顾了轮胎的承重性，完全满足转运开关柜手车的承重要求。智能转运小车采用大功率的电机作为小车的动力源，采用电力驱动代替手工，省力且运行速度更加平稳。

为了便于爬坡，小车设计了两个档位，低速档位时动力大，便于爬坡，高速时用于在平路上行驶，速度快。换挡机械开关位于手柄处。小车利用手柄处的切换开关实现一键前进和后退倒车，在狭窄的区域无须转弯即可完成转运工作。遥控器设有远程遥控按键，可实现远程遥控操作。

1.2 平台升降结构

开关柜有多个型号，尺寸不同，断路器室的高度也不同，在实际的手车分离安装、转运时需要配备多个不同尺寸的转运小车，每次都要手动调整放置平台的高度，耗费时间。本项目设计的智能转运小车采用液压式平台升降结构，小车的底部装有电动液压千斤顶，千斤顶液压缸采用全封闭式液压缸，耐疲劳耐磨损，防水防锈，顶力足。平台的支撑采用加厚钢板支架，采用折叠式结构，支架底部与千斤顶的活塞部相连，通过遥控器上的升降按钮控制千斤顶活塞的伸缩，带动平台支撑支架的升降，同时可始终保持平台呈水平方向，整体升降移动，不需要单独对各角进行细微调整，防止断路器在调整时重心不稳发生倾斜的问题。小车的后桥进行了加重加厚处理，使小车的承载更大，行驶更加平稳，使用寿命更长。

平台可进行手动升降和自动升降。在断路器手车转运过程中，将升降平台降到最低，尽量降低断路器手车的重心，减小断路器在转运过程中晃动的风险，保障转运的安全。在转运小车与开关柜的断路器室对接时采用自动升降模式，根据激光测距模块测得的对接距离和对接口定位，完成升降平台的自动高度定位，即平台高度与断路器室的底板在同一平面时自动停止，一次操作即可完成平台高度的调整，不需要手动微调。激光测距精度高，比人工调整更加精确，可最大限度地减小因平台不平造成的轨道，以及设备磨损情况的发生，延长了设备的使用寿命，同时也节省了操作时间，提高了工作效率。

1.3 激光测距和避障模块

传统的转运小车，在手车与开关柜对接过程中，需要对平台的高度手动进行多次调整，较为烦琐。智能转运小车上装有激光测距和避障模块，可实时监测小车前方物体的距离。如果小车在转运过程中遇到大型障碍，小车会自动躲避，防止发生碰撞事故。激光测距模块的另一个重要应用是在转运小车与开关柜相结合时，激光测距模块通过计算激光发射头发出激光信号的反射信号到达的时间，精确计算开关柜的距离，精确控制升降平台的升降高度，使得转运小车达到开关柜时平台的高度即为断路器室的高度，直接可以进行断路器手车的分离和安装工作，激光测距精度高，误差小于1mm。整个对接过程自动完成，不需要人工处理，大大缩减了手车分离安装等工作的操作时间。

1.4 手车分离安装结构

传统的转运小车由于是手动微调断路器平台，并不能保证平台的绝对水平，高度调整不当容易造成导轨变形，手动分离和安装断路器手车时，速度和力道不均匀也会造成轨道的磨损，使得手车的推拉工作越来越不顺畅，不均匀的磨损也会导致断路器重心的变化，存在断路器在分离安装过程中侧翻的风险。该智能转运小车采用电力驱动，电机转速均匀，中间不停顿，这样就保证了断路器平台的匀速行进，使断路器在分离安装过程中的重心不会发生左右偏移。整体升降的平台也会保证断路器的水平，减小运行导轨的磨损，降低断路器晃动的风险。

在智能转运小车的升降平台的两侧设有滑轨轨道，轨道上装有滑块。手车分离时放置到滑块上，通过滑轨来完成手车在开关柜和转运小车之间的转运。滑轨既可以使手车的移动更加省力顺畅，而且还可以将手车位置固定，防止手车发生偏移，进而影响断路器触头的对接。在升降平台的后部设有两个机械手臂，手臂与推杆相连，用于抓取手车上的安装把手。通过遥控器上的推杆控制按钮，控制推杆的伸缩，拉动手车的前后移动，完成手车的分离和安装工作。利用电动代替传统的手工，更加安全快捷。

1.5 电源管理模块

智能转运小车采用大容量可充电锂电池作为动力源，为小车的运转移动和平台的升降、手车的分离安装、激光测距模块和控制系统提供能量来源。锂电池位于转运小车的底部，包裹在特质的铁皮电池盒内，防止电池受到磕碰。电池续航能力强，动力强劲。电源管理模块设有电量显示功能，可随时查看锂电池的电量，保证转运小车的持续运行。

1.6 遥控模块

遥控模块内的控制系统为小车的核心部件，控制着整个小车的工作及与辅助工具的相互配合工作。遥控器内的主控芯片通过无线的方式接收来自激光测距模块的距离信号，控制小车前进过程中的转弯避障动作。当小车接近开关柜时，控制器发出信号，启动小车底部的千斤顶驱动电机，使升降平台开始上升，通过激光测距模块测到的定位信息，精确控制平台的上升高度，使平台与开关柜断路器室的底板处于同一水平面，启动小车上的固定卡扣，将小车与开关柜固定在一起，防止小车晃动脱离。然后通过移动平台上的机械手臂推动或者拉伸手车，使手车与开关柜内的高压电源触头进行合并或者分离，操作完成后，小车上的卡扣开启，小车与开关柜分离，整个手车的安装分离工作完成。然后控制器控制小车的车轮前进，将手车运送至检修处或者自行回到转运小车存放处。

转运小车的远程遥控采用LoRa无线通信技术。LoRa无线通信是近年来才被广泛应用的无线通信技术，相比于传统的蓝牙、Wi-Fi等传输方式，在物联网通信领域有其明显的优势。蓝牙的传输距离只有10m左右，距离太近无法在转运小车上使用。Wi-Fi无线通信需要搭建局域网，配置路由器，各配电室离的相对比较远，每个配电室可能只有2～3个转运小车，为每个配电室专门搭建Wi-Fi无线局域网，成本高，组网复杂。LoRa无线通信无须其他设备，即可完成一对多通信，空旷条件下传输可达30km，在近郊区传输距离也可达15km。LoRa灵敏度高，穿墙能力强，可满足地下配电室组网通信的要求。而且通信免费，无须其他设备即可完成通信，成本低。

遥控器上除了设有激光测距和避障遥控外，还设有转运小车的换挡按键、前进后退按键、转向按键等遥控按钮，既可以使转运小车自动运行，也可以进行手动操作。手动按钮可以在自动运行状态出现意外故障时强行手动接管，手动排除故障，保证转运正常进行。

2 结语

中置式开关柜目前仍然在大规模应用，由于开关柜型号不同，手车的安装分离及转运工作一直是使用传统的手动转运小车进行转运工作，与开关柜对接时需要多次调解小车平台的高度，比较耗费时间和人力。本项目设计的智能中置式开关柜手车开关转运小车，采用电动的模式代替传统的手工模式，自动化智能化程度高。小车通过远程遥控的方式，可自动到达开关柜的位置，自动完成断路器手车的安装分离工作。液压升降式平台可任意调节小车平台的高度，适应不同型号的开关柜的要求。智能转运小车运行平稳，工作快捷高效，成本低，可大大提高工作效率，减少安全隐患，具有广阔的市场推广价值。