10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的移動(dòng)電源裝置設(shè)計(jì)及研制

黃鳳萍

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司惠州供電局，廣東 惠州 516001）

0 引 言

10 kV開關(guān)小車設(shè)備在廣東電網(wǎng)公司管轄的變電站中起著舉足輕重的作用，當(dāng)進(jìn)行檢修或高壓試驗(yàn)工作時(shí)需拉出10 kV開關(guān)小車，并將10 kV開關(guān)小車的彈簧舌片套緊在轉(zhuǎn)運(yùn)小車的轉(zhuǎn)向盤插槽上。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)工作人員做10 kV開關(guān)小車整改后各類高壓試驗(yàn)時(shí)需多次合上10 kV開關(guān)小車，對(duì)10 kV開關(guān)小車二次回路儲(chǔ)能才能滿足試驗(yàn)條件要求，況且由于10 kV開關(guān)小車人工手搖儲(chǔ)能把手操作模式速度慢、效率低而幾乎不被使用。目前，運(yùn)行人員將10 kV開關(guān)小車旋轉(zhuǎn)推拉180°后，把10 kV開關(guān)小車人工推拉至開關(guān)柜體前面，使得10 kV開關(guān)小車的二次航空插頭動(dòng)觸頭能夠插入固定在開關(guān)柜體中柜頂部的二次航空插頭靜觸頭，實(shí)現(xiàn)對(duì)10 kV開關(guān)小車的儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電后的儲(chǔ)能操作[1-3]。10 kV開關(guān)小車從開關(guān)柜拖出和推回的整個(gè)過程都是由人手推拉操作的。運(yùn)行人員在操作10 kV開關(guān)小車的過程中，不小心則會(huì)出現(xiàn)10 kV開關(guān)小車兩端伸出的彈簧舌片與轉(zhuǎn)運(yùn)小車轉(zhuǎn)向托盤上的插槽套接不到位的現(xiàn)象，這樣會(huì)導(dǎo)致10 kV開關(guān)小車翻倒，以往曾在變電站發(fā)生過同類事故。

為了解決10 kV開關(guān)小車被人工拖出并套緊在轉(zhuǎn)運(yùn)小車的轉(zhuǎn)向托盤上不能迅速就地進(jìn)行儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電后儲(chǔ)能操作的問題，本文用CAD軟件設(shè)計(jì)并研制一套10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的移動(dòng)電源裝置并在變電生產(chǎn)工作中推廣應(yīng)用。

1 10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的移動(dòng)電源裝置的基本結(jié)構(gòu)原理

設(shè)計(jì)的可移動(dòng)式電源裝置可就地迅速對(duì)10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路進(jìn)行電動(dòng)充電，無需在緊急情況下依賴于10 kV開關(guān)小車柜體本身所具備的手動(dòng)儲(chǔ)能功能。該套移動(dòng)電源裝置由一個(gè)自帶內(nèi)置直流24 V鋰電池將交流220 V轉(zhuǎn)換成直流110 V或直流220 V或交流220 V直接輸出的開關(guān)電源裝置，加上一個(gè)跟10 kV開關(guān)小車二次航空插頭插針拔插位置和形狀相對(duì)應(yīng)的插頭插孔接頭裝置，兩套裝置由一條塑料軟管連接而成。該移動(dòng)電源裝置設(shè)計(jì)有一根電源線，電源線可接通室內(nèi)交流220 V市電的三相插頭對(duì)該移動(dòng)電源裝置的內(nèi)置直流24 V鋰電池進(jìn)行充電，便于移動(dòng)電源裝置維護(hù)和內(nèi)置直流24 V鋰電池反復(fù)充電后再次使用。

10 kV開關(guān)小車二次航空插頭插針拔插位置和形狀相對(duì)應(yīng)的插頭插孔接頭裝置包括有58個(gè)插孔。在58個(gè)插孔中，只有25號(hào)-35號(hào)這兩個(gè)接觸對(duì)的電機(jī)回路是真正連通的，其余56個(gè)接觸對(duì)的二次電氣回路并未也不需要實(shí)際接入10 kV開關(guān)小車二次電氣回路中，其余56個(gè)接觸對(duì)的二次電氣回路為虛接。如圖1所示為廣東金暉隆開關(guān)有限公司生產(chǎn)的開關(guān)小車內(nèi)部電氣接線原理圖。如圖2所示為廣東金暉隆開關(guān)有限公司生產(chǎn)的開關(guān)小車航空插頭儲(chǔ)能回路的25號(hào)-35號(hào)電機(jī)回路兩個(gè)接觸對(duì)。如圖3所示為廣州白云電器設(shè)備股份有限公司生產(chǎn)的開關(guān)小車二次接線原理圖。如圖4所示為廣州白云電器設(shè)備股份有限公司生產(chǎn)的開關(guān)小車航空插頭儲(chǔ)能回路25號(hào)-35號(hào)電機(jī)回路兩個(gè)接觸對(duì)。由圖1至圖4分析得出：廣東金暉隆開關(guān)有限公司和廣州白云電器設(shè)備股份有限公司生產(chǎn)的10 kV開關(guān)小車二次航空插頭的58對(duì)插針插孔接觸對(duì)中，其中25號(hào)-35號(hào)兩個(gè)接觸對(duì)代表的是電機(jī)儲(chǔ)能回路，通過將該電機(jī)儲(chǔ)能回路跟直流電源接通，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)10 kV開關(guān)小車儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電后儲(chǔ)能操作的目的。

圖1 廣東金暉隆開關(guān)有限公司生產(chǎn)的手車式開關(guān)小車內(nèi)部電氣接線原理圖

圖2 廣東金暉隆開關(guān)有限公司生產(chǎn)的開關(guān)小車航空插頭儲(chǔ)能回路的25號(hào)-35號(hào)電機(jī)回路兩個(gè)接觸對(duì)

圖3 廣州白云電器設(shè)備股份有限公司生產(chǎn)的開關(guān)小車二次接線原理圖

圖4 廣州白云電器設(shè)備股份有限公司生產(chǎn)的開關(guān)小車航空插頭儲(chǔ)能回路25號(hào)-35號(hào)電機(jī)回路兩個(gè)接觸對(duì)

經(jīng)查閱資料和咨詢工程技術(shù)人員，在10 kV開關(guān)小車二次航空插頭58對(duì)插針插孔接觸對(duì)中，除了廈門華電開關(guān)有限公司生產(chǎn)的10 kV開關(guān)小車儲(chǔ)能回路的25號(hào)-35號(hào)插針插孔接觸對(duì)正負(fù)極極性相反，其他廠家所設(shè)計(jì)的儲(chǔ)能回路的25-35號(hào)插針插孔接觸對(duì)中，25號(hào)為正極，35號(hào)為負(fù)極。目前該成果可推廣至包括廣州白云電器設(shè)備股份有限公司、廣東必達(dá)電器有限公司、廣東金暉隆開關(guān)有限公司、廈門華電開關(guān)有限公司等不同廠家的10kV開關(guān)小車上應(yīng)用。該成果美觀實(shí)用、應(yīng)用區(qū)域范圍廣闊，可應(yīng)用在廣東電網(wǎng)公司所有安裝有不同廠家的10 kV開關(guān)小車的變電站高壓室內(nèi)。

個(gè)別老站改造的直流母線還是直流220 V，但很多新站的直流母線都是直流110 V，廣州、江門有些地區(qū)使用交流220 V作為10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路充電電源。

綜上所述，設(shè)計(jì)得出：如圖5所示為10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路充電電源的操作電源選擇方式圖。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)直流母線屏電壓等級(jí)實(shí)際情況，該操作電源選擇方式包括直流220 V、直流110 V、交流220 V三種常用方式，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行操作時(shí)只需要把操作電源把手旋轉(zhuǎn)至某一種方式即可使用。

圖5 10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路充電電源的操作電源選擇方式圖

2 10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的移動(dòng)電源裝置設(shè)計(jì)及研制

2.1 裝置的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的移動(dòng)電源裝置設(shè)計(jì)及研制的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)如下所述[4]。

（1）根據(jù)10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路充電電源的操作電源選擇方式圖以及根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)直流母線屏電壓等級(jí)實(shí)際情況，該操作電源選擇方式包括直流220 V、直流110 V、交流220 V三種常用方式，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行操作時(shí)只需要把操作電源把手旋轉(zhuǎn)至某一種方式即可使用。

（2）10 kV開關(guān)小車二次航空插頭有58對(duì)插針插孔接觸對(duì)，其中25號(hào)-35號(hào)兩個(gè)接觸對(duì)為電機(jī)儲(chǔ)能回路的兩個(gè)接觸對(duì)，通過將25號(hào)-35號(hào)這兩個(gè)接觸對(duì)跟直流電源接通，就可達(dá)到對(duì)10 kV開關(guān)小車儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電后儲(chǔ)能操作的目的。

（3）若無需運(yùn)行人員配合，目前比較常規(guī)、高級(jí)一點(diǎn)的做法是使用班組的高壓開關(guān)測(cè)試儀，該測(cè)試儀面板上有電壓調(diào)節(jié)旋鈕可調(diào)出不同的直流電壓，有直流電壓輸出液晶面板可顯示具體讀數(shù)，該測(cè)試儀面板上還有分合閘按鈕可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方操作[5]。直流電源輸出可連接接線夾鉗或插針，夾鉗可夾住10 kV開關(guān)小車二次航空插頭儲(chǔ)能回路25號(hào)-35號(hào)的兩個(gè)接觸對(duì)插針，插針與插針之間可通過絕緣膠圈固定將直流電源輸入到10 kV開關(guān)小車二次航空插頭動(dòng)觸頭的儲(chǔ)能回路。

（4）若使用專用接線夾鉗夾緊25號(hào)-35號(hào)的兩個(gè)接觸對(duì)插針或利用插針與插針之間通過絕緣膠圈固定進(jìn)行充電的話，也可達(dá)到對(duì)10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的目的，但由于10 kV開關(guān)小車二次航空插頭插針排列密密麻麻，操作時(shí)容易誤碰誤動(dòng)其他插針的電氣回路，進(jìn)而造成事故，該常規(guī)方法不可靠。

（5）基于班組的常規(guī)方法不可靠以及廠家的10 kV檢驗(yàn)小車所屬知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)問題，為了實(shí)現(xiàn)相同功能，本文所設(shè)計(jì)的移動(dòng)電源裝置有一個(gè)跟10 kV開關(guān)小車二次航空插頭58個(gè)插針拔插位置和形狀相對(duì)應(yīng)的插頭插孔接頭裝置。58個(gè)插孔中，只有電機(jī)回路是25號(hào)-35號(hào)的兩個(gè)接觸對(duì)是真正連通的，其余56個(gè)接觸對(duì)為虛接，并未也不需要實(shí)際接入10 kV開關(guān)小車二次電氣回路。

（6）經(jīng)查閱資料和咨詢相關(guān)工程技術(shù)人員，在10 kV開關(guān)小車二次航空插頭58對(duì)插針插孔接觸對(duì)中，包括上海通用電氣有限公司、ABB生產(chǎn)的10 kV手車式開關(guān)小車，廣東金暉隆開關(guān)有限公司生產(chǎn)的10 kV VN8-12手車式開關(guān)小車，廣州白云電器設(shè)備股份有限公司生產(chǎn)的10 kV VB-12P手車式開關(guān)小車，廣東必達(dá)電器有限公司生產(chǎn)的10 kV JZND-12手車式開關(guān)小車等幾乎所有廠家設(shè)計(jì)的儲(chǔ)能回路都是25號(hào)-35號(hào)插針插孔接觸對(duì)。因此，所設(shè)計(jì)的移動(dòng)電源裝置跟10 kV開關(guān)小車二次航空插頭58個(gè)插針拔插位置和形狀相對(duì)應(yīng)的插頭插孔接頭裝置幾乎適用于所有廠家，裝置具有通用性。

2.2 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的移動(dòng)電源裝置設(shè)計(jì)及研制的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)如下所述：

（1）一般情況下，25號(hào)接觸對(duì)為正極接觸對(duì)，35號(hào)接觸對(duì)為負(fù)極接觸對(duì)，但是不排除其他廠家的情況不一致，所以在裝置內(nèi)部設(shè)計(jì)一個(gè)線槽盒，在25號(hào)-35號(hào)接觸對(duì)極性相反的情況下方便工作人員使用專用工具進(jìn)行換線操作，線槽盒平時(shí)用透明小蓋子蓋住設(shè)計(jì)為裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不影響裝置的外觀[6]。但裝置的弊端是如果10 kV開關(guān)小車二次航空插頭25號(hào)-35號(hào)接觸對(duì)的極性相反，那么裝置內(nèi)部設(shè)計(jì)的線槽盒的人工換線操作方法不靈活不方便，需優(yōu)化該裝置25號(hào)-35號(hào)兩個(gè)接觸對(duì)組成的儲(chǔ)能回路的換線操作機(jī)構(gòu)，比如增加撥動(dòng)開關(guān)的切換把手或操作按鈕。

（2）整套移動(dòng)電源裝置由一個(gè)自帶內(nèi)置電池將交流220 V轉(zhuǎn)換成直流110 V或直流220 V或交流220 V直接輸出的開關(guān)電源裝置，該套內(nèi)置電池有一個(gè)虛擬電池的電量指示器，能同時(shí)滿足3～5臺(tái)10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路逐一進(jìn)行電動(dòng)充電所需要的電池電量，也就是說在對(duì)每一臺(tái)10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路進(jìn)行電動(dòng)充電后能顯示出電池的剩余電量。

（3）操作電源的直流220 V、直流110 V、交流220 V三種常用選擇方式相對(duì)應(yīng)地在裝置面板上增加3個(gè)指示燈作為判斷操作電源選擇方式是否操作到位的確認(rèn)提示環(huán)節(jié)。

（4）由每節(jié)直流24 V的鋰電池實(shí)現(xiàn)整流和逆變的輕巧便捷電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)交流220 V轉(zhuǎn)換成直流110 V或直流220 V或交流220 V直接輸出的功能，并加裝兩個(gè)船型控制開關(guān)，一個(gè)是電源輸出控制開關(guān)，一個(gè)是鋰電池充放電控制開關(guān)，電源輸出控制開關(guān)直接安裝在裝置面板上，方便工作人員操作和控制。

（5）該裝置實(shí)現(xiàn)箱體式設(shè)計(jì)，將鋰電池及整流、逆變模塊等設(shè)備全部封裝在一個(gè)移動(dòng)電源箱里，在移動(dòng)電源箱底下加裝兩個(gè)固定輪和兩個(gè)萬向輪，方便工作人員手提操作把手推動(dòng)輪子前行。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)既便攜易于操作，不用手提著移動(dòng)電源箱那么重，又美觀大方，且在移動(dòng)電源箱門板下方刻有南方電網(wǎng)的logo,辨識(shí)度極高。如圖6所示為10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的移動(dòng)電源裝置的移動(dòng)電源箱結(jié)構(gòu)圖，如圖7所示為10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的移動(dòng)電源裝置的移動(dòng)電源箱原理圖，如圖8所示為10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的移動(dòng)電源裝置的移動(dòng)電源箱門板示意圖。

圖6 10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的移動(dòng)電源裝置的移動(dòng)電源箱結(jié)構(gòu)圖

圖7 10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的移動(dòng)電源裝置的移動(dòng)電源箱原理圖

圖8 10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的移動(dòng)電源裝置的移動(dòng)電源箱門板示意圖

（6）該裝置箱體外殼輸入接口上連接有輸入電源線，輸入電源線的尾端設(shè)有三相交流充電插頭。輸入電源線模仿家用電飯煲充電插頭的外形和使用方法，在充滿電后可拔卸存放。

3 10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的移動(dòng)電源裝置的操作步驟和注意事項(xiàng)

對(duì)圖9所示的10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的移動(dòng)電源裝置的移動(dòng)電源箱示意圖的按鍵、指示燈分析說明如下：直流開關(guān)為輕觸式按鍵，手動(dòng)啟動(dòng)、退出；電池開關(guān)為“O”為關(guān)閉電池，“一”為打開電池；檔位開關(guān)為切換AC220，DC220，DC110電壓輸出；電池狀態(tài)為顯示當(dāng)前電池電量；輸出接線柱為紅色為正極輸出，黑色為負(fù)極輸出；放電指示燈（綠）為使用直流電壓，電池供電時(shí)，放電指示燈亮；充電指示燈（紅）為使用交流給電池充電時(shí)，充電指示燈亮；220 V故障指示燈（紅）為當(dāng)直流220 V輸出超過1.2 A，10 s關(guān)斷輸出（800 W，10 s）；110 V故障指示燈（紅）為當(dāng)直流110 V輸出超過2.4 A，10 s關(guān)斷輸出（800 W，10 s）；AC220 V指示燈（紅）為交流220 V輸出指示燈；DC220 V指示燈（綠）為直流220 V輸出指示燈；DC110 V指示燈（黃）為直流110 V輸出指示燈。

圖9 10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的移動(dòng)電源裝置的移動(dòng)電源箱示意圖

10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的移動(dòng)電源裝置的項(xiàng)目參數(shù)如表1所示。

表1 所設(shè)計(jì)的移動(dòng)電源裝置的項(xiàng)目參數(shù)

10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的移動(dòng)電源裝置的操作步驟如下所述：（1）查看斷路器儲(chǔ)能回路電壓，并查看斷路器儲(chǔ)能回路對(duì)應(yīng)航空插頭接點(diǎn)是否為25+、35-；（2）如斷路器航空插頭接點(diǎn)確認(rèn)為25+、35-，可插到箱體的航空插座，并注意扣緊；（3）如儲(chǔ)能回路電壓確定后，在面板的檔位開關(guān)選擇對(duì)應(yīng)的電壓值；（4）操作面板上的電池開關(guān)至“一”（即接通狀態(tài)），此時(shí)電池狀態(tài)顯示屏亮，并顯示電池的電量；（5）操作面板上的直流開關(guān)，此時(shí)放電指示燈亮，斷路器儲(chǔ)能回路接通，操作完畢。

10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的移動(dòng)電源裝置的操作注意事項(xiàng)如下所述：（1）如檢查斷路器航空插頭接點(diǎn)與電源箱接點(diǎn)不一致，可通過面板的輸出接線柱接口，并通過配置的“紅、黑”連接線，與斷路器對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能回路接點(diǎn)連接，再按照操作步驟3～5進(jìn)行順序操作。（2）采用配置的“紅、黑”連接線與斷路器儲(chǔ)能回路接點(diǎn)連接時(shí)，務(wù)必注意極性一致，并注意操作過程可能存在的觸電危險(xiǎn)。（3）如斷路器儲(chǔ)能回路電壓為交流時(shí)，則第5步中操作面板上的直流開關(guān)不需要操作，即可完成斷路器儲(chǔ)能回路接通。（4）使用交流給電池充電時(shí)必須打開電池開關(guān)。（5）不使用時(shí)請(qǐng)關(guān)閉電池開關(guān)。（6）長期不使用交流時(shí)，可關(guān)閉箱子內(nèi)部逆變器左側(cè)開關(guān)。

4 結(jié) 論

本文用CAD軟件智能化設(shè)計(jì)并研制一套10 kV開關(guān)小車二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電的移動(dòng)電源裝置應(yīng)用于廣東電網(wǎng)公司變電站高壓室內(nèi)，有效解決了10 kV開關(guān)小車被拉出開關(guān)柜體后運(yùn)行人員不能就地快速進(jìn)行二次儲(chǔ)能回路電動(dòng)充電后自動(dòng)儲(chǔ)能的問題。

此外，該移動(dòng)電源裝置能夠提高工作效率，運(yùn)行人員無需旋轉(zhuǎn)推拉開關(guān)小車，避免在旋轉(zhuǎn)推拉開關(guān)小車過程中導(dǎo)致開關(guān)小車兩端伸出的彈簧舌片沒卡死在轉(zhuǎn)運(yùn)小車轉(zhuǎn)向托盤上的插槽里造成開關(guān)小車傾倒事故，為運(yùn)行人員和試驗(yàn)人員、檢修人員減負(fù)。通過試驗(yàn)分析驗(yàn)證移動(dòng)電源裝置實(shí)施案例的有效性，具有廣闊的應(yīng)用平臺(tái)和推廣空間，創(chuàng)造了極大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。