10 kV開關小車二次儲能回路電動充電的移動電源裝置設計及研制

黃鳳萍

（廣東電網有限責任公司惠州供電局，廣東 惠州 516001）

0 引 言

10 kV開關小車設備在廣東電網公司管轄的變電站中起著舉足輕重的作用，當進行檢修或高壓試驗工作時需拉出10 kV開關小車，并將10 kV開關小車的彈簧舌片套緊在轉運小車的轉向盤插槽上。當現場工作人員做10 kV開關小車整改后各類高壓試驗時需多次合上10 kV開關小車，對10 kV開關小車二次回路儲能才能滿足試驗條件要求，況且由于10 kV開關小車人工手搖儲能把手操作模式速度慢、效率低而幾乎不被使用。目前，運行人員將10 kV開關小車旋轉推拉180°后，把10 kV開關小車人工推拉至開關柜體前面，使得10 kV開關小車的二次航空插頭動觸頭能夠插入固定在開關柜體中柜頂部的二次航空插頭靜觸頭，實現對10 kV開關小車的儲能回路電動充電后的儲能操作[1-3]。10 kV開關小車從開關柜拖出和推回的整個過程都是由人手推拉操作的。運行人員在操作10 kV開關小車的過程中，不小心則會出現10 kV開關小車兩端伸出的彈簧舌片與轉運小車轉向托盤上的插槽套接不到位的現象，這樣會導致10 kV開關小車翻倒，以往曾在變電站發生過同類事故。

為了解決10 kV開關小車被人工拖出并套緊在轉運小車的轉向托盤上不能迅速就地進行儲能回路電動充電后儲能操作的問題，本文用CAD軟件設計并研制一套10 kV開關小車二次儲能回路電動充電的移動電源裝置并在變電生產工作中推廣應用。

1 10 kV開關小車二次儲能回路電動充電的移動電源裝置的基本結構原理

設計的可移動式電源裝置可就地迅速對10 kV開關小車二次儲能回路進行電動充電，無需在緊急情況下依賴于10 kV開關小車柜體本身所具備的手動儲能功能。該套移動電源裝置由一個自帶內置直流24 V鋰電池將交流220 V轉換成直流110 V或直流220 V或交流220 V直接輸出的開關電源裝置，加上一個跟10 kV開關小車二次航空插頭插針拔插位置和形狀相對應的插頭插孔接頭裝置，兩套裝置由一條塑料軟管連接而成。該移動電源裝置設計有一根電源線，電源線可接通室內交流220 V市電的三相插頭對該移動電源裝置的內置直流24 V鋰電池進行充電，便于移動電源裝置維護和內置直流24 V鋰電池反復充電后再次使用。

10 kV開關小車二次航空插頭插針拔插位置和形狀相對應的插頭插孔接頭裝置包括有58個插孔。在58個插孔中，只有25號-35號這兩個接觸對的電機回路是真正連通的，其余56個接觸對的二次電氣回路并未也不需要實際接入10 kV開關小車二次電氣回路中，其余56個接觸對的二次電氣回路為虛接。如圖1所示為廣東金暉隆開關有限公司生產的開關小車內部電氣接線原理圖。如圖2所示為廣東金暉隆開關有限公司生產的開關小車航空插頭儲能回路的25號-35號電機回路兩個接觸對。如圖3所示為廣州白云電器設備股份有限公司生產的開關小車二次接線原理圖。如圖4所示為廣州白云電器設備股份有限公司生產的開關小車航空插頭儲能回路25號-35號電機回路兩個接觸對。由圖1至圖4分析得出：廣東金暉隆開關有限公司和廣州白云電器設備股份有限公司生產的10 kV開關小車二次航空插頭的58對插針插孔接觸對中，其中25號-35號兩個接觸對代表的是電機儲能回路，通過將該電機儲能回路跟直流電源接通，就可實現對10 kV開關小車儲能回路電動充電后儲能操作的目的。

圖1 廣東金暉隆開關有限公司生產的手車式開關小車內部電氣接線原理圖

圖2 廣東金暉隆開關有限公司生產的開關小車航空插頭儲能回路的25號-35號電機回路兩個接觸對

圖3 廣州白云電器設備股份有限公司生產的開關小車二次接線原理圖

圖4 廣州白云電器設備股份有限公司生產的開關小車航空插頭儲能回路25號-35號電機回路兩個接觸對

經查閱資料和咨詢工程技術人員，在10 kV開關小車二次航空插頭58對插針插孔接觸對中，除了廈門華電開關有限公司生產的10 kV開關小車儲能回路的25號-35號插針插孔接觸對正負極極性相反，其他廠家所設計的儲能回路的25-35號插針插孔接觸對中，25號為正極，35號為負極。目前該成果可推廣至包括廣州白云電器設備股份有限公司、廣東必達電器有限公司、廣東金暉隆開關有限公司、廈門華電開關有限公司等不同廠家的10kV開關小車上應用。該成果美觀實用、應用區域范圍廣闊，可應用在廣東電網公司所有安裝有不同廠家的10 kV開關小車的變電站高壓室內。

個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、江門有些地區使用交流220 V作為10 kV開關小車二次儲能回路充電電源。

綜上所述，設計得出：如圖5所示為10 kV開關小車二次儲能回路充電電源的操作電源選擇方式圖。根據現場直流母線屏電壓等級實際情況，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，現場執行操作時只需要把操作電源把手旋轉至某一種方式即可使用。

圖5 10 kV開關小車二次儲能回路充電電源的操作電源選擇方式圖

2 10 kV開關小車二次儲能回路電動充電的移動電源裝置設計及研制

2.1 裝置的關鍵技術點

10 kV開關小車二次儲能回路電動充電的移動電源裝置設計及研制的技術關鍵點如下所述[4]。

（1）根據10 kV開關小車二次儲能回路充電電源的操作電源選擇方式圖以及根據現場直流母線屏電壓等級實際情況，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，現場執行操作時只需要把操作電源把手旋轉至某一種方式即可使用。

（2）10 kV開關小車二次航空插頭有58對插針插孔接觸對，其中25號-35號兩個接觸對為電機儲能回路的兩個接觸對，通過將25號-35號這兩個接觸對跟直流電源接通，就可達到對10 kV開關小車儲能回路電動充電后儲能操作的目的。

（3）若無需運行人員配合，目前比較常規、高級一點的做法是使用班組的高壓開關測試儀，該測試儀面板上有電壓調節旋鈕可調出不同的直流電壓，有直流電壓輸出液晶面板可顯示具體讀數，該測試儀面板上還有分合閘按鈕可實現遠方操作[5]。直流電源輸出可連接接線夾鉗或插針，夾鉗可夾住10 kV開關小車二次航空插頭儲能回路25號-35號的兩個接觸對插針，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開關小車二次航空插頭動觸頭的儲能回路。

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

（5）基于班組的常規方法不可靠以及廠家的10 kV檢驗小車所屬知識產權保護問題，為了實現相同功能，本文所設計的移動電源裝置有一個跟10 kV開關小車二次航空插頭58個插針拔插位置和形狀相對應的插頭插孔接頭裝置。58個插孔中，只有電機回路是25號-35號的兩個接觸對是真正連通的，其余56個接觸對為虛接，并未也不需要實際接入10 kV開關小車二次電氣回路。

（6）經查閱資料和咨詢相關工程技術人員，在10 kV開關小車二次航空插頭58對插針插孔接觸對中，包括上海通用電氣有限公司、ABB生產的10 kV手車式開關小車，廣東金暉隆開關有限公司生產的10 kV VN8-12手車式開關小車，廣州白云電器設備股份有限公司生產的10 kV VB-12P手車式開關小車，廣東必達電器有限公司生產的10 kV JZND-12手車式開關小車等幾乎所有廠家設計的儲能回路都是25號-35號插針插孔接觸對。因此，所設計的移動電源裝置跟10 kV開關小車二次航空插頭58個插針拔插位置和形狀相對應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 技術創新點

10 kV開關小車二次儲能回路電動充電的移動電源裝置設計及研制的技術創新點如下所述：

（1）一般情況下，25號接觸對為正極接觸對，35號接觸對為負極接觸對，但是不排除其他廠家的情況不一致，所以在裝置內部設計一個線槽盒，在25號-35號接觸對極性相反的情況下方便工作人員使用專用工具進行換線操作，線槽盒平時用透明小蓋子蓋住設計為裝置內部結構，不影響裝置的外觀[6]。但裝置的弊端是如果10 kV開關小車二次航空插頭25號-35號接觸對的極性相反，那么裝置內部設計的線槽盒的人工換線操作方法不靈活不方便，需優化該裝置25號-35號兩個接觸對組成的儲能回路的換線操作機構，比如增加撥動開關的切換把手或操作按鈕。

（2）整套移動電源裝置由一個自帶內置電池將交流220 V轉換成直流110 V或直流220 V或交流220 V直接輸出的開關電源裝置，該套內置電池有一個虛擬電池的電量指示器，能同時滿足3～5臺10 kV開關小車二次儲能回路逐一進行電動充電所需要的電池電量，也就是說在對每一臺10 kV開關小車二次儲能回路進行電動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應地在裝置面板上增加3個指示燈作為判斷操作電源選擇方式是否操作到位的確認提示環節。

（4）由每節直流24 V的鋰電池實現整流和逆變的輕巧便捷電池結構設計，實現交流220 V轉換成直流110 V或直流220 V或交流220 V直接輸出的功能，并加裝兩個船型控制開關，一個是電源輸出控制開關，一個是鋰電池充放電控制開關，電源輸出控制開關直接安裝在裝置面板上，方便工作人員操作和控制。

（5）該裝置實現箱體式設計，將鋰電池及整流、逆變模塊等設備全部封裝在一個移動電源箱里，在移動電源箱底下加裝兩個固定輪和兩個萬向輪，方便工作人員手提操作把手推動輪子前行。該設計結構既便攜易于操作，不用手提著移動電源箱那么重，又美觀大方，且在移動電源箱門板下方刻有南方電網的logo,辨識度極高。如圖6所示為10 kV開關小車二次儲能回路電動充電的移動電源裝置的移動電源箱結構圖，如圖7所示為10 kV開關小車二次儲能回路電動充電的移動電源裝置的移動電源箱原理圖，如圖8所示為10 kV開關小車二次儲能回路電動充電的移動電源裝置的移動電源箱門板示意圖。

圖6 10 kV開關小車二次儲能回路電動充電的移動電源裝置的移動電源箱結構圖

圖7 10 kV開關小車二次儲能回路電動充電的移動電源裝置的移動電源箱原理圖

圖8 10 kV開關小車二次儲能回路電動充電的移動電源裝置的移動電源箱門板示意圖

（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開關小車二次儲能回路電動充電的移動電源裝置的操作步驟和注意事項

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

10 kV開關小車二次儲能回路電動充電的移動電源裝置的項目參數如表1所示。

表1 所設計的移動電源裝置的項目參數

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

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

4 結 論

本文用CAD軟件智能化設計并研制一套10 kV開關小車二次儲能回路電動充電的移動電源裝置應用于廣東電網公司變電站高壓室內，有效解決了10 kV開關小車被拉出開關柜體后運行人員不能就地快速進行二次儲能回路電動充電后自動儲能的問題。

此外，該移動電源裝置能夠提高工作效率，運行人員無需旋轉推拉開關小車，避免在旋轉推拉開關小車過程中導致開關小車兩端伸出的彈簧舌片沒卡死在轉運小車轉向托盤上的插槽里造成開關小車傾倒事故，為運行人員和試驗人員、檢修人員減負。通過試驗分析驗證移動電源裝置實施案例的有效性，具有廣闊的應用平臺和推廣空間，創造了極大的社會效益和經濟效益。