發(fā)電車保電低壓快速接口裝置的研制

［摘 要］為解決電網(wǎng)大電流快速連接系統(tǒng)問題，保障電力系統(tǒng)的可靠供電和安全運行，文章設計了一種快速接口裝置，并闡述了設計目標、要求及工作原理。在裝置設計與制造部分，對結構設計、材料選擇與加工工藝及制造工藝與質量控制等方面進行了研究。

［關鍵詞］快速接口；電網(wǎng)；設備連接；發(fā)電車

［中圖分類號］TM624 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）05–0078–03

1 概述

1.1 電網(wǎng)大電流快速連接器現(xiàn)狀

目前在配網(wǎng)帶電作業(yè)檢修過程中，采用的低壓電纜銅鼻子與用戶端低壓柜內母排通過螺栓固定的連接方式存在問題，作業(yè)人員直接接觸低壓柜內帶電體存在安全隱患，為解決此問題，引入一種快速接口裝置。該裝置具備安全隔離功能，能夠在連接過程中有效地防止電流的流動，操作簡單，可保證作業(yè)人員的安全。

1.2 發(fā)電車和用戶端母排的連接問題

在電力系統(tǒng)維護和緊急情況下，為了提供臨時電源，需要將發(fā)電車與用戶端低壓柜內母排連接起來。在傳統(tǒng)的連接方法中，常用的方式是通過螺栓固定來進行連接。具體來說，該連接方式通常采用銅鼻子與用戶端低壓柜內母排之間的螺栓固定，銅鼻子需要先固定在發(fā)電車上，再將其與母排進行連接。這種連接方式存在以下問題。

（1）需要較多的人力參與。在連接過程中，需要有專業(yè)技術人員進行操作，同時需要使用一些設備，如扳手、鉗子等。因此，需要較多的人力參與，從而增加了工作難度和人力成本。

（2）操作繁瑣。螺栓固定方式需要繁瑣的操作步驟，包括將銅鼻子固定在發(fā)電車上、用扳手旋轉螺栓等。這些步驟需要技術人員具備較高的技能水平，否則容易出現(xiàn)錯誤或安全事故。

（3）連接時間長。由于需要進行多個操作步驟，連接時間較長，一般需要幾十分鐘或更長的時間，從而嚴重影響了電力系統(tǒng)的可靠供電。

為了解決這些問題，需要研制一種新型的發(fā)電車保電低壓快速接口裝置，具備快速、安全、便捷的特點，以提高連接效率和安全性。該裝置可以在緊急情況下快速連接發(fā)電車和用戶端母排，確保電力供應的連續(xù)性和可靠性。

1.3 使用場景相關典型產品

深圳市浩富科技有限公司研發(fā)的發(fā)電車快速連接器應急電源插座，作為國網(wǎng)南網(wǎng)發(fā)電車快速接入單元及裝置標準方案產品，接口標準為國網(wǎng)南網(wǎng)通用標準；MC 面板插座等產品替代HQC 系列產品與供電局發(fā)電車車端接頭組成快速接入系統(tǒng)，屬閉環(huán)系統(tǒng)產品，產品規(guī)格見表1。

2 設計思路與原理

2.1 設計目標與要求

（1）安全可靠。快速接口裝置必須經受住高電流和高壓的考驗，確保在使用過程中不會出現(xiàn)電火花、電弧等安全隱患。這可以通過采用耐高溫、耐腐蝕的材料及合適的設計來實現(xiàn)。

（2）操作簡便。為了確保快速接口裝置的易操作性，設計應簡單直觀，使非專業(yè)人員也能夠輕松上手，使用明顯的標識和指示器，并確保連接過程中不會出現(xiàn)易發(fā)生錯誤的步驟。

具體來說，設計時主要遵循以下要求：額定電流450 A 及以上、額定電壓1 000 V、絕緣材料PVC/POM、接觸部分使用多點接觸技術、匯流夾鉗的短路電流為7.5 kA。

2.2 快速接口裝置的工作原理

（1）發(fā)電車側導軌。其是固定在發(fā)電車上的一組導軌，通常安裝在發(fā)電機室內。導軌由導電材料制成，用于傳遞電流和提供電氣連接接口。

（2）用戶側導軌。其是固定在用戶端母排上的一組導軌，可以是配電柜或其他負載設備。其與發(fā)電車側導軌相對應，也由導電材料制成，以確保良好的電氣連接。

（3）連接頭。其是連接發(fā)電車側導軌和用戶側導軌的關鍵部件，通常由金屬材料制成，具有特殊的結構和形狀，以便插入和旋轉以完成連接操作。

（4）導軌咬合。連接頭的設計使其能夠與發(fā)電車側導軌和用戶側導軌進行咬合。這種咬合可以通過凸起和凹槽的組合實現(xiàn)，以確保牢固的連接。

（5）鎖定按鈕。連接頭上通常有一個鎖定按鈕，用于確保連接的穩(wěn)定性。按下鎖定按鈕后，連接頭將保持在插入狀態(tài)，不會因震動或其他外力而松脫。

2.3 連接過程

將發(fā)電車側導軌和用戶側導軌對齊，并將連接頭插入到兩個導軌之間。導軌可能具有特殊的形狀或標記，以確保正確的對齊。旋轉連接頭，使其與發(fā)電車側導軌和用戶側導軌相互咬合。按下連接頭上的鎖定按鈕，確保連接的穩(wěn)定性。

典型的快速連接器結構如圖1 所示。

3 裝置設計與制造

3.1 結構設計

發(fā)電車保電低壓快速接口裝置的設計需要考慮結構的穩(wěn)定性、連接的可靠性和易操作性。具體的結構設計如下。

（1）發(fā)電車側導軌。采用U 型導軌結構，固定在發(fā)電車上，導軌上設置凸起和凹槽，以便與連接頭進行咬合。

（2）用戶側導軌：同樣采用U 型導軌結構，固定在用戶端母排上，導軌上也設置凸起和凹槽，與連接頭咬合，確保良好的電氣連接。

（3）連接頭。連接頭由金屬材料制成，具有專門設計的形狀和結構，以便插入和旋轉咬合。連接頭上還設置了一個鎖定按鈕，確保連接的穩(wěn)定性。

發(fā)電車保電低壓快速接口裝置結構如圖2 所示。

采用表帶觸指設計方案，表帶觸指設計包括1 個或多個金屬接觸點，用于確保連接的穩(wěn)定性和可靠性，接觸點通常設計成帶狀形狀，以便能夠快速、簡便地插拔，同時保證電氣連接的可靠性。這種設計在低壓電氣設備中廣泛使用，特別是在需要頻繁連接和斷開的場合，如工業(yè)設備、電子設備等領域，極大地延長了產品的使用壽命，減少了連接器磨損對設備的影響。

在插入結構的設計中，插頭和插座自動完成鋼珠鎖緊，隨后只需順時針旋轉插頭上的卡套45°，即可完成二次卡栓鎖緊，在操作中無需協(xié)作可單人操作，且僅需3～5 s 即可完成。

此外，設計了格蘭頭結構保證防水性能，能通過標準GB/T 12706.4—2020 要求的水下恒壓負荷循環(huán)試驗。

3.2 載流部分設計

作為承載高電流的大功率連接器，其通流能力和熱量散發(fā)情況至關重要。

發(fā)電車保電低壓快速接口裝置額定電流為250 A，設計時溫升不超過50 K。溫升大小除了受載流導體材質和直徑影響外，該裝置插頭和插座的接觸電阻也是關鍵因素。在銅導體直徑相近的情況下，接觸電阻較小，該裝置中通過的電流在接觸點處的電壓降也較小，從而減小了電能的損耗。這樣可以有效地減少該裝置中產生的熱量，降低了該裝置的溫升。

該裝置采用表帶觸指技術，具備出色的電氣和機械性能，多點接觸設計使每個接觸點具有穩(wěn)定的接觸力，有效降低了接觸電阻，同時保證了良好的機械壽命。即使經過數(shù)千次插拔，該裝置仍能保持穩(wěn)定可靠的連接，接觸電阻保持在優(yōu)秀水平。

3.3 鎖扣部分設計

裝置采用鋼珠鎖緊設計，插合到位后釋放手即可由彈簧機構自動鎖定，有效預防誤碰導致的意外脫開，為高壓裝置的電氣安全提供了重要保障。異常脫開可能導致嚴重電弧，對設備和人員造成重大威脅。解鎖時，需使用正確的工具（解鎖套筒），先旋轉再向后拉，才能解除鎖定。

3.4 材料選擇與加工工藝

為了確保發(fā)電車保電低壓快速接口裝置的安全可靠性和耐久性，在材料選擇方面，導軌通常采用高強度、耐腐蝕的導電材料，如銅合金或鋁合金。連接頭需要具備良好的導電性、機械強度和耐腐蝕性，一般選用優(yōu)質的銅合金或鋁合金。插頭端選擇有彈性的三元乙丙橡膠，插座端采用硬質的環(huán)氧樹脂，有助于控制形變及界面壓力。

3.5 制造工藝與質量控制

制造工藝方面的要求如下。

（1）材料采購。選擇符合標準要求的導電材料，確保材料的質量可靠。

（2）材料切割。按照設計規(guī)格，對導軌和連接頭的原材料進行切割，得到合適尺寸的工件。

（3）加工制造。根據(jù)結構設計和加工工藝，對導軌和連接頭進行精確的加工和成型。

（4）表面處理。對連接頭進行表面處理，如拋光、電鍍等，以提高其耐腐蝕性和外觀質量。

（5）組裝調試。將導軌和連接頭組裝在一起，并進行調試和測試，確保連接的可靠性和穩(wěn)定性。

質量控制方面的要求如下：①材料檢驗。對采購的材料進行質量檢驗，包括化學成分分析、力學性能測試等，確保材料符合要求。②加工過程控制。在加工過程中，通過嚴格的尺寸測量和工藝監(jiān)控，確保加工精度和質量穩(wěn)定性。③成品檢驗。對制造好的發(fā)電車保電低壓快速接口裝置進行全面檢驗，包括外觀檢查、功能測試等，確保裝置的合格率。④質量記錄與追溯。對每個生產批次的產品進行質量記錄，包括原材料檢驗報告、加工記錄、成品檢驗報告等，以便追溯問題原因。

4 結束語

文章研制的發(fā)電車保電低壓快速接口裝置結構合理、材料優(yōu)良、制造工藝精良，通過質量控制可確保裝置的性能穩(wěn)定和可靠。該裝置可保障電力系統(tǒng)安全運行，具有較高的實用性。

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