多功能自動(dòng)排線數(shù)顯電源盤(pán)的研制

潘 超 韓 光 童 鑫 關(guān)少卿 楊治綱

（國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司合肥供電公司，合肥 230022）

多功能自動(dòng)排線數(shù)顯電源盤(pán)的研制

潘 超 韓 光 童 鑫 關(guān)少卿 楊治綱

（國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司合肥供電公司，合肥 230022）

電源盤(pán)作為電力企業(yè)日常檢修中最常使用的工具之一，傳統(tǒng)的電源盤(pán)存在工作效率低下、配套性差及無(wú)法監(jiān)視電壓、電流等問(wèn)題，迫切需要一種新型電源盤(pán)。針對(duì)上述問(wèn)題，多功能自動(dòng)排線數(shù)顯電源盤(pán)分別設(shè)計(jì)自動(dòng)排線裝置、多插頭模塊及數(shù)顯電源狀態(tài)模塊。經(jīng)過(guò)多次試應(yīng)用的統(tǒng)計(jì)，可節(jié)約三分之二的配置時(shí)間，消除了安全隱患，保證了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，具有很高的適用性和推廣價(jià)值。

電源盤(pán)；自動(dòng)排線；多插頭；數(shù)顯電源狀態(tài)

電力企業(yè)進(jìn)行檢修試驗(yàn)工作時(shí)絕大多數(shù)情況都需要使用低壓交流電源，目前采用交流電源盤(pán)帶入現(xiàn)場(chǎng)使用，電源盤(pán)在交流電源處取電源，并放線至工作現(xiàn)場(chǎng)。電源盤(pán)的配置流程如圖1所示，據(jù)統(tǒng)計(jì)其中散線整理、制作插頭（插座不匹配時(shí)）及收線都花費(fèi)較多時(shí)間。

圖1 電源盤(pán)配置流程

傳統(tǒng)電源盤(pán)在配置過(guò)程中存在工作效率低下、配套性差及無(wú)法監(jiān)視電源電壓、電流等問(wèn)題，為解決上述問(wèn)題，研制出一種新型電源盤(pán)十分必要。

1 傳統(tǒng)電源盤(pán)存在的問(wèn)題

1.1 工作效率低

傳統(tǒng)電源盤(pán)收線時(shí)，通常需要兩人進(jìn)行操作，一人固定電源盤(pán)架、轉(zhuǎn)動(dòng)電源盤(pán)，一人往復(fù)移動(dòng)電源線，以保證電源線均勻分布在電源盤(pán)上。倘若一人收線，則需手腳并用，操作復(fù)雜，而且手握電源線容易造成手掌損傷。此外，傳統(tǒng)電源盤(pán)收線通常會(huì)出現(xiàn)散線的情況，電源線無(wú)法保證整齊緊固，在下次放線使用時(shí)，可能導(dǎo)致電源線纏繞在一起，無(wú)法順利拉出，此刻需耗費(fèi)大量時(shí)間整理電源線，嚴(yán)重影響工作效率。

通過(guò)對(duì)八個(gè)變電站的日常工作中傳統(tǒng)電源盤(pán)的配置時(shí)間（不包括正常檢修工作時(shí)間）統(tǒng)計(jì)，其測(cè)量電壓、制作插頭及折算收放50m線纜所用的時(shí)間見(jiàn)表1。

表1 傳統(tǒng)電源盤(pán)配置時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)表1統(tǒng)計(jì)結(jié)果，單次配置傳統(tǒng)電源盤(pán)的時(shí)間合計(jì)約10.025min，其中，測(cè)量電壓所需時(shí)間約為0.9min，制作插頭約需用2.75min，折算收放50m線纜約需用6.375min，折算收放50m線纜和制作插頭占時(shí)最長(zhǎng)，共計(jì)9.125min，占總耗時(shí)的91%，是首先要解決的問(wèn)題。

1.2 配套性差

另外，從表1可以看到制作插頭的極差與最大值相同，反映在流程圖1上主要是因?yàn)椴遄贿m應(yīng)性所致。不同的工作地點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)檢修電源接口也各異，通常包括不同種類(lèi)的插座和接線柱，而傳統(tǒng)電源盤(pán)只固定連接一種插頭，當(dāng)插頭與現(xiàn)場(chǎng)檢修電源接口不相符時(shí)，就需要臨時(shí)進(jìn)行插頭的拆卸和制作，延長(zhǎng)了工作時(shí)間。據(jù)統(tǒng)計(jì)，H市供電公司所轄的79座變電站中，有 62座變電站存在插座不匹配的情況，不匹配比例高達(dá)78.5%。

1.3 無(wú)法監(jiān)視電源電壓、電流

某些精密的儀器對(duì)電源電壓、電流有較高的要求[1]，若電壓產(chǎn)生較大波動(dòng)，或者超出其輸入電壓范圍，都有會(huì)導(dǎo)致儀器數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響對(duì)被試設(shè)備進(jìn)行診斷，因此必須對(duì)電源電壓進(jìn)行監(jiān)視，若發(fā)現(xiàn)異常需及時(shí)調(diào)整電源。對(duì)95次現(xiàn)場(chǎng)工作進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，因電源電壓異常造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)異常的次數(shù)達(dá)29次，數(shù)據(jù)異常比例達(dá)30.5%。

2 新型電源盤(pán)的設(shè)計(jì)與制作

2.1 設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

電源盤(pán)具有便捷的收線操作、可適應(yīng)各種現(xiàn)場(chǎng)的插座以及能對(duì)電源電壓電流監(jiān)測(cè)，是研制新型電源盤(pán)的關(guān)鍵點(diǎn)。針對(duì)上述3項(xiàng)關(guān)鍵點(diǎn)，針對(duì)收線效果及收線操作，考慮研制自動(dòng)排線裝置；針對(duì)配套性，欲研制多插頭模塊；針對(duì)監(jiān)視電壓，欲研制數(shù)顯電壓模塊，詳細(xì)情況見(jiàn)表2。

表2 關(guān)鍵點(diǎn)分析

2.2 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)上述3個(gè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)，可分別解決傳統(tǒng)電源盤(pán)三項(xiàng)主要問(wèn)題，也是本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)。由于幾項(xiàng)功能相對(duì)獨(dú)立，所以從組成元素的角度對(duì)方案進(jìn)行分解，以此為設(shè)計(jì)思路，即對(duì)自動(dòng)排線裝置、多插頭模塊及數(shù)顯電源狀態(tài)模塊進(jìn)行進(jìn)一步分解，具體方案分解如圖2所示，并根據(jù)圖2做詳細(xì)闡述。

圖2 方案分解

1）自動(dòng)排線裝置

自動(dòng)排線裝置的結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)及電機(jī)的方案目標(biāo)及關(guān)鍵技術(shù)[2-3]要求見(jiàn)表3。

表3 自動(dòng)排線裝置方案目標(biāo)及關(guān)鍵技術(shù)

能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排線裝置的結(jié)構(gòu)主要包括凸輪結(jié)構(gòu)，即利用轉(zhuǎn)動(dòng)的凸輪帶動(dòng)導(dǎo)桿，使的滑塊在導(dǎo)軌上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)[4]；雙齒條結(jié)構(gòu)，即利用轉(zhuǎn)動(dòng)的半齒輪，使得上下兩個(gè)齒條組成的軌道做往復(fù)運(yùn)動(dòng)[5]及往復(fù)絲杠結(jié)構(gòu)，即利用轉(zhuǎn)動(dòng)的往復(fù)絲杠，使得絲杠螺絲做往復(fù)運(yùn)動(dòng)[6]，從排線效果、結(jié)構(gòu)體積及經(jīng)濟(jì)性[7-8]等方面綜合考慮，采用往復(fù)絲杠，如圖3所示。

圖3 往復(fù)絲杠結(jié)構(gòu)

往復(fù)絲杠的螺紋為“8”字型結(jié)構(gòu)，其絲杠螺母沿螺紋運(yùn)動(dòng)，當(dāng)往復(fù)絲杠沿軸心線做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其絲杠螺母可沿往復(fù)絲杠做勻速直線往返運(yùn)動(dòng)[9]。

自動(dòng)排線裝置的傳動(dòng)主要分為皮帶式、齒輪式及鏈?zhǔn)?，其中皮帶式即為兩皮帶輪通過(guò)皮帶傳動(dòng)；齒輪式為通過(guò)齒輪組的咬合實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)；鏈?zhǔn)絼t是由齒輪及鏈條組成，類(lèi)似于自行車(chē)的結(jié)構(gòu)，從傳動(dòng)精度、使用壽命及經(jīng)濟(jì)性[10]綜合考慮采用鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)。

鑒于直流電機(jī)功能方便、調(diào)試性能良好[11]，自動(dòng)排線裝置的電機(jī)采用直流電機(jī)。

2）多插頭模塊

多插頭模塊主要為了增強(qiáng)電源盤(pán)的適應(yīng)性，可以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)檢修電源的常用插座及接線柱，并且安全性高、操作方便。采用分立式結(jié)構(gòu)，即分別利用多個(gè)常用國(guó)標(biāo)插頭及接線環(huán)，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)檢修電源。

分立式結(jié)構(gòu)安全性能高，即未使用的插頭不帶電；拓展性好，即可根據(jù)不用插座附加其他插頭；維護(hù)難度低，即只需修理?yè)p壞的插頭，其他插頭可正常使用；經(jīng)濟(jì)性好，即無(wú)需開(kāi)模制造。

3）數(shù)顯電源狀態(tài)模塊

數(shù)顯電源狀態(tài)模塊主要為了監(jiān)視電源的電壓、電流狀態(tài)，保證儀器設(shè)備的正常使用，主要使用監(jiān)視電壓電流一體化電表連接在電氣回路中。

2.3 制作

1）自動(dòng)排線裝置

往復(fù)絲杠主要考慮其有效長(zhǎng)度、螺紋螺距及硬度。傳統(tǒng)50m線纜的電源盤(pán)其軸向有效收線范圍為15cm，所以將往復(fù)絲杠的螺紋有效范圍定為 15cm也同樣能滿足折算收放50m線纜的要求；又根據(jù)調(diào)研，目前通常三芯16A線纜的直徑約為12mm，所以采用15mm的螺距完全滿足要求，不至于單層線纜相互擠壓，又不顯得松散；綜合考慮往復(fù)絲杠的受力，將往復(fù)絲杠的直徑定為 20mm，材質(zhì)選用不銹鋼，可使得往復(fù)絲杠在收線過(guò)程中不至于變形斷裂。螺紋寬度、深度等圖4中參數(shù)只要與絲杠螺母配套即可，無(wú)特殊要求。

圖4 往復(fù)絲杠設(shè)計(jì)圖紙

自動(dòng)排線裝置的工作過(guò)程為：蓄電池為能源，以直流電機(jī)為動(dòng)力，通過(guò)減速器使得電源盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)；應(yīng)用齒輪及鏈條組成的鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)，電源盤(pán)帶動(dòng)往復(fù)絲杠等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)往復(fù)絲杠等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，再利用螺桿限位，使得絲杠螺母帶動(dòng)線纜在電源盤(pán)軸向做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排線的功能，具體裝置如圖5所示。

2）多插頭模塊

根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢修電源插座的調(diào)研，確定插頭種類(lèi)主要分為兩線10A、三線10A、三線16A及接線柱環(huán)。如圖6所示，電源盤(pán)端配置公頭，插頭及接線柱端配置母頭。針對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)檢修電源不同種類(lèi)的插座，采用此種插拔式的航空插頭結(jié)構(gòu)易于切換，并可保證切換過(guò)程中不會(huì)破壞線纜的絕緣層。

圖5 自動(dòng)排線裝置

圖6 插拔式多插頭結(jié)構(gòu)

根據(jù)相應(yīng)試驗(yàn)，插拔式多插頭中各個(gè)插頭及接線柱中的地線、零線及火線兩兩之間的施加 500V電壓，測(cè)得其之間絕緣電阻均在3GΩ以上，完全滿足絕緣性能要求；航空插頭的接觸電阻約為0.8mΩ，正常持續(xù)工作不會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱而產(chǎn)生不良情況。

3）數(shù)顯模塊

經(jīng)過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)、實(shí)體店的大量咨詢調(diào)研，發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)存在符合要求的成品，運(yùn)用LCD液晶屏6秒循環(huán)顯示電壓及電流，可監(jiān)視的電壓、電流范圍為 0～250V，0～10A，電壓、電流精度約為 1%，如圖 7所示。

4）整機(jī)組裝

整機(jī)組裝如圖8所示，在固定、裝配了各功能模塊的同時(shí)，為了方便搬運(yùn)還配備了提手、萬(wàn)向輪、手剎等附件。保證各功能模塊在搬運(yùn)的過(guò)程中不發(fā)生損壞，并能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，能較好的完成自動(dòng)排線、適應(yīng)多種插座及數(shù)顯電壓的功能。

圖7 數(shù)顯模塊

圖8 裝置整體結(jié)構(gòu)圖

3 效果確認(rèn)

3.1 性能效果

經(jīng)過(guò)了多次現(xiàn)場(chǎng)工作的試用，運(yùn)行正常，性能穩(wěn)定，整體情況良好。降低了安全隱患，提高了工作效率及效果，通常配置電源盤(pán)的時(shí)間控制在3min之內(nèi)，消除了電壓測(cè)量時(shí)間、消除制作插頭的時(shí)間。經(jīng)測(cè)試，整機(jī)收線速度約為 19m/min，能適應(yīng)兩線10A、三線10A、三線16A及接線柱的插座，能較高精度的顯示0～250V的電壓，測(cè)試220V電壓、10A電流其誤差分別在1V及10mA以下。

本裝置解決了傳統(tǒng)電源盤(pán)工作效率低及插頭不匹配問(wèn)題。使用本裝置收線只需一人，且操作方便，收線整齊緊固，不會(huì)出現(xiàn)電源線散線、纏繞的情況，可提高工作效果和效率；適用于絕大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)檢修電源，不必現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)制作或拆卸插頭，節(jié)約工作時(shí)間，試用時(shí)各部分耗時(shí)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。

本裝置解決了無(wú)法監(jiān)測(cè)電壓、電流的問(wèn)題。使用本裝置可監(jiān)視電源電壓及儀器輸入電流，保證了儀器的安全性及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并且可提前判斷異常情況，保證人身、設(shè)備安全及工作順利進(jìn)行。

表4 試用時(shí)各部分耗時(shí)統(tǒng)計(jì)

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅僅H市供電公司變電檢修室一年日常工作所使用的電源盤(pán)次數(shù)即高達(dá)約800次，應(yīng)用本裝置，每次配置電源盤(pán)的時(shí)間可減少2/3，即約節(jié)約7min。在426次工作中試用了本裝置，合計(jì)節(jié)約時(shí)間約 50h。H市地區(qū)單個(gè)變電站輸出功率約為15.1MW，電價(jià)按照0.9元/度計(jì)算，合計(jì)每小時(shí)售價(jià)約1.4萬(wàn)元，即總共創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益約為70萬(wàn)元，而且隨著本成果的推廣應(yīng)用，每次工作都能創(chuàng)造一定量的經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)濟(jì)效益持續(xù)增加。此處還不包括萬(wàn)一發(fā)生人身、設(shè)備安全事故的情況，本裝置只要能避免一次人身、設(shè)備安全事故的發(fā)生，其所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益就是無(wú)法估量的。

3.3 社會(huì)效益

電力生產(chǎn)作為電力企業(yè)的主營(yíng)業(yè)務(wù)之一，始終將安全放在首要位置。本裝置采用插拔式的多插頭，可以適應(yīng)所有檢修現(xiàn)場(chǎng)電源插座（包括接線柱），省去了現(xiàn)場(chǎng)制作插頭的過(guò)程，避免了因頻繁拆解插頭造成的線纜絕緣層損壞，降低了工作人員的觸電風(fēng)險(xiǎn)。其次，本裝置具有監(jiān)視電源電壓、電流的功能，可以提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障等異常情況，降低工作人員、設(shè)備的安全風(fēng)險(xiǎn)。

在保證安全的同時(shí)，本裝置中自動(dòng)排線及多插頭的功能提高了工作效率，提升了工作效果，使收線整齊緊固，并且由于本裝置可以監(jiān)視電源狀態(tài)，為那些對(duì)電源狀態(tài)要求較高的儀器設(shè)備提供了保障，使得儀器數(shù)據(jù)更加可靠，保證了工作質(zhì)量。

4 結(jié)論

多功能自動(dòng)排線數(shù)顯電源盤(pán)使用安全、便捷，降低了現(xiàn)場(chǎng)工作人員的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了工作效率及效果，具有較高的應(yīng)用價(jià)值；可替代傳統(tǒng)電源盤(pán)，不僅可供電力行業(yè)使用，而且適用于所有無(wú)特殊要求的用電場(chǎng)合，應(yīng)用范圍廣泛；本裝置屬于國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，已申報(bào)發(fā)明專(zhuān)利及實(shí)用新型發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)各一項(xiàng)，并且編寫(xiě)相應(yīng)的《多功能自動(dòng)排線數(shù)顯電源盤(pán)的使用說(shuō)明書(shū)》、《多功能自動(dòng)排線數(shù)顯電源盤(pán)的試驗(yàn)流程》、《多功能自動(dòng)排線數(shù)顯電源盤(pán)的注意事項(xiàng)及危險(xiǎn)點(diǎn)》等資料。由于本裝置具有很高的實(shí)用性，切實(shí)解決了迫切的實(shí)際問(wèn)題，具備廣闊的推廣前景。

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Development of Power Panel with Multifunctional Automate Traversing Gear and Digital Readout

Pan Chao Han Guang Tong Xin Guang Shaoqing Yang Zhigang
(Heifei Power Supply Company, Anhui Provincial Electric Power Company, Hefei 230022)

Power panel is one of the most common tools in electrical equipment maintenance.There are serious problems of the traditional power panel, such as the low working efficiency, bad match and unable to monitor voltage or current of source, so it is imperative that a kind of new power panel.To the questions, the new power panel is designed with automate traversing gear, many plugs and digital readout of voltage and current.According to probation statistics, it can save two-thirds of the time, eliminate the security risks, guarantee the accuracy of the data, has common applicability and value to popularize.

power panel; automate traversing gear; many plugs; digital readout of voltage and current

潘 超（1988-），男，安徽蕪湖人，碩士，電氣試驗(yàn)員，從事高電壓試驗(yàn)技術(shù)研究。