摘要：近年来，随着智能运检研究的逐渐深入，在变电站生产现场开关手车传统轨道板移动不便的弊端，已经成为限制运行人员操作的主要原因。针对此问题，本文设计一种高压开关手车智能运检平台，该平台引进了最新的自动泊位技术， 利用人工智能的视觉引导，经电机驱动底置万向轮移动，从而代替传统轨道板。最后通过先进的标准对位装置进行工程建模及数学分析，开展实地试验，得出本文所述，该开关手车运检平能够极大程度提高运维人员操作效率，大幅减少开关手车转运时间，方便了检修作业。
关键词：高压开关手车；运检平台；自动泊位；现场检测
1研发背景
开关柜作为变电站的重要组成部分，起到开合、控制和保护用电设备的目的。主要由断路器、隔离开关、负荷开关、操作机构、互感器以及各种保护装置等模块组成。其中手车式开关柜相较于固定式优势明显，具有技术指标高、寿命长、运行可靠、安装维修简单等优点，多适用于重要负荷且频繁操作的场所。因此手车式开关柜得到了广泛地使用。
当开关本身出现故障须检修或者母线需要检修时，则需要将开关本体拉出柜外。目前倒闸操作现场缺乏开关手车转运平台，多采用传统辅助轨道板。该轨道板存在设计笨拙、依赖人力、无法灵活变动方向、非智能化等问题。极大程度上影响了运维人员倒闸操作的效率，延长操作时间。板子移动不便，至少需要两个人才能搬动，导致人员利用率低下；搬运过程中易导致滑落，对操作人员的安全也将造成一定的影响。
随着国网公司逐年大修技改项目的执行推进，生产单位对手车的操作情况普遍增加，操作的烦琐性势必会对运维人员的操作及客户的供电产生一定的影响，也将进一步影响企业的经济效益。为了降低运维人员的操作难度，缩短操作时间，倪宅运维班研究小组针对缩短开关手车转检修及送电操作时间这一相关课题开展活动，以提高运行人员工作效率，减少操作时间，同时借鉴物流系统领域使用的AGV式自动引导车，基于人工智能的视觉引导，通过视觉传感器感知并提取路径信息，经过车内决策单元的信息处理，分析决策后下达工作运行指令，进行自动转运，，研制出自动泊位式高压开关手车智能运检平台。
2 装置建模及工作原理
2.1工程建模
本文所述的新型高压开关手车平台采用智能化设计，主体为以生铁为材质的平台板，平台前端有一段适应柜门高度的小引道（缓冲区），确保其与开关柜体紧密契合，平台一侧存放电池模块②和DSP控制模块③，通过荧光色带引导技术，经主控面板驱动电机①控制万向轮的移动，高压开关手车智能运检平台轮子采用沿轨分布，分别由2+2=4个承重100kg万向轮（麦克纳姆轮技术）组成，刹车系统采用钳式刹车，分布在后侧2个万向轮上，开关手车置于平台上时，利用插销固定闭锁轮子，防止手车倾覆。设计图及零部件如图1所示。
图1 平台设计图
2.2数学建模
根据牛顿力学基本定律，滚动摩擦力相较于滑动摩擦力要小的多，为了节约移动轨道板时的人力消耗，本文所研制的手车运检平台，下置4个万向轮。方便移动的同时能够极大程度上减小摩擦力，从而节约人力，提高倒闸操作效率。
由基本力学定律，物体做功为力与其作用点位移的乘积，如下式所示：
为计算滑动摩擦力与滚动摩擦力的大小，本运维班研究小组在35kV开关室进行运维平台拖拽试验，通过除去重力，得出摩擦系数，从中随机抽取5组数据，如表1所示。
表1 摩擦系数
从表1可知，得出开关室地面平均滑动摩擦系数为0.3，滚动摩擦系数为0.057，假设开关手车重约100kg，两轮距离60cm，运维平台距离开关柜距离L=10m。
此时移动运维平台所做的功为
而传统轨道板转动360°滑动所需能量为
自动泊位式高压开关手车智能运检平台转动360°所需能量为
由上可知，传统开关手车转运消耗能量
，自动泊位式高压开关手车智能运检平台转运消耗能量 
，
，耗能减少可达5成左右。
装拆轨道板操作，轨道板重20kg，抬放高度70cm，5m之外传统轨道板装拆耗能为
使用自动泊位式高压开关手车智能运检平台后装拆耗为
此时
，耗能减少可达6成左右。
综上所述，新型高压手车运维平台能够极大程度地提高运维效率，减少人力消耗。
2.3自动泊位技术研究
自动泊位技术（Automated Guided Vehicle），简称 AGV。是一种集合了现代智能化工业技术的运输技术，具有包括启停、避障、导引、自动寻迹、自动充电等功能，体现了当前工业发展下的智能化、无人化发展特点。下图为自动泊位小车概念图。
图2 AGV小车
该技术基于人工智能的视觉引导，主要通过视觉传感器感知并提取路径信息，经过车内决策单元的信息处理，分析决策后下达工作运行指令，进行自动运输。
基于自动泊位技术的特点及其工作原理，本文将自动泊位技术与开关手车智能运检平台相结合。利用荧光导航传感器，在工作区间的地上绘制或铺设特定颜色和形状的路径标线，应用传感器检测路径标线的存在及偏移位置，以控制 AGV 运行。通过平台上主控面板驱动电机控制智能运检平台底部万向轮的转动，从而驱动平台移动。通过将两种技术相结合，在平台转运和装拆路途中实现了自动泊位的功能，智能化程度得到了大大的提升。
2.4工作原理
本文所述智能运检平台采用智能化的设计理念，当开关手车需要检修操作时，此时将开关手车拉出柜外，由于开关柜与地面有一个高度差，便需要用到运检平台。
开关手车改检修操作首先将开关改为冷备用状态，打开开关柜前柜门，取下二次插件，然后通过色带引导技术，经电机驱动万向轮将运检平台移动至开关柜前，经过旋转使得平台轨道与开关手车轮子对准，此时将开关手车移除至运检平台上，并进行自动固定，按照在综合控制主机上预先设置的命令，平台按照涂油色带的AGV行驶路径，在荧光导航传感器的导航下，移动至设备检修区域，实现自动泊位。
当检修作业完毕之后，需要将开关手车推入开关柜，此时通过色带引导将运维平台移动到开关柜前，将运维平台与开关柜对准，解除固定，将开关手车推入开关柜，插上手车二次插件，将开关恢复至运行状态。
3 应用效果
本运维研究小组通过对国网金华供电公司倪宅变电站进行现场检测，将采用传统轨道板所消耗的操作时间与自动泊位式高压开关手车智能运检平台进行比较，采样其中20组数据，绘制折线图如图3所示。
图3 传统运检与新型运检平台操作耗时
由图3可以看出，使用传统轨道板，操作手车平均耗时78.8s，耗时最久的一组消耗时间为1分40秒才操作完毕。在使用自动泊位式高压开关手车智能运检平台后，操作手车平均耗时为36s，其中时间最短的一组耗时29s即操作完毕，最长的一组也才消耗50s，从中可以看出接地手车的操作时间得到大大缩短。
4 结论
为电力生产实际中的问题，本文介绍了一种新型的高压开关手车运检平台。该平台能够实现将笨重的高压开关便携转运、手车万向，采用先进的现代智能化工业技术，采用荧光导航传感器为核心的AGV自动光学导引，快速将手车按照预置的程序转运至开关室内检修区域，通过现场实际检验，提升了作业效率，在电气学科与人工智能、机器视觉、传感器检测、计算机技术、现代控制理论以及机械制造等多种学科技术深度结合，体现了当前工业发展下的智能化、无人化发展特点。
论文作者:郝唯文1,江世进2,程鹏飞2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
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