［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(yùn)行，文章設(shè)計(jì)了一種快速接口裝置，并闡述了設(shè)計(jì)目標(biāo)、要求及工作原理。在裝置設(shè)計(jì)與制造部分，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇與加工工藝及制造工藝與質(zhì)量控制等方面進(jìn)行了研究。

［關(guān)鍵詞］快速接口；電網(wǎng)；設(shè)備連接；發(fā)電車

［中圖分類號(hào)］TM624 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］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(nèi)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(nèi)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(dòng)，操作簡(jiǎn)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(hù)和緊急情況下，為了提供臨時(shí)電源，需要將發(fā)電車與用戶端低壓柜內(nèi)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(jìn)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(nèi)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(jìn)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(shù)人員進(jìn)行操作，同時(shí)需要使用一些設(shè)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(zhuǎn)螺栓等。這些步驟需要技術(shù)人員具備較高的技能水平，否則容易出現(xiàn)錯(cuò)誤或安全事故。

（3）連接時(shí)間長(zhǎng)。由于需要進(jìn)行多個(gè)操作步驟，連接時(shí)間較長(zhǎng)，一般需要幾十分鐘或更長(zhǎng)的時(shí)間，從而嚴(yán)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(diǎn)，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(yīng)的連續(xù)性和可靠性。

1.3 使用場(chǎng)景相關(guān)典型產(chǎn)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(yīng)急電源插座，作為國(guó)網(wǎng)南網(wǎng)發(fā)電車快速接入單元及裝置標(biāo)準(zhǔn)方案產(chǎn)品，接口標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)網(wǎng)南網(wǎng)通用標(biāo)準(zhǔn)；MC 面板插座等產(chǎn)品替代HQC 系列產(chǎn)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(chǎn)品，產(chǎn)品規(guī)格見表1。

2 設(shè)計(jì)思路與原理

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)與要求

（1）安全可靠。快速接口裝置必須經(jīng)受住高電流和高壓的考驗(yàn)，確保在使用過程中不會(huì)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(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。

（2）操作簡(jiǎn)便。為了確保快速接口裝置的易操作性，設(shè)計(jì)應(yīng)簡(jiǎn)單直觀，使非專業(yè)人員也能夠輕松上手，使用明顯的標(biāo)識(shí)和指示器，并確保連接過程中不會(huì)出現(xiàn)易發(fā)生錯(cuò)誤的步驟。

具體來說，設(shè)計(jì)時(shí)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(diǎn)接觸技術(shù)、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(cè)導(dǎo)軌。其是固定在發(fā)電車上的一組導(dǎo)軌，通常安裝在發(fā)電機(jī)室內(nèi)。導(dǎo)軌由導(dǎo)電材料制成，用于傳遞電流和提供電氣連接接口。

（2）用戶側(cè)導(dǎo)軌。其是固定在用戶端母排上的一組導(dǎo)軌，可以是配電柜或其他負(fù)載設(shè)備。其與發(fā)電車側(cè)導(dǎo)軌相對(duì)應(yīng)，也由導(dǎo)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(cè)導(dǎo)軌和用戶側(cè)導(dǎo)軌的關(guān)鍵部件，通常由金屬材料制成，具有特殊的結(jié)構(gòu)和形狀，以便插入和旋轉(zhuǎn)以完成連接操作。

（4）導(dǎo)軌咬合。連接頭的設(shè)計(jì)使其能夠與發(fā)電車側(cè)導(dǎo)軌和用戶側(cè)導(dǎo)軌進(jìn)行咬合。這種咬合可以通過凸起和凹槽的組合實(shí)現(xiàn)，以確保牢固的連接。

（5）鎖定按鈕。連接頭上通常有一個(gè)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(huì)因震動(dòng)或其他外力而松脫。

2.3 連接過程

將發(fā)電車側(cè)導(dǎo)軌和用戶側(cè)導(dǎo)軌對(duì)齊，并將連接頭插入到兩個(gè)導(dǎo)軌之間。導(dǎo)軌可能具有特殊的形狀或標(biāo)記，以確保正確的對(duì)齊。旋轉(zhuǎn)連接頭，使其與發(fā)電車側(cè)導(dǎo)軌和用戶側(cè)導(dǎo)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(jié)構(gòu)如圖1 所示。

3 裝置設(shè)計(jì)與制造

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

發(fā)電車保電低壓快速接口裝置的設(shè)計(jì)需要考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、連接的可靠性和易操作性。具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下。

（1）發(fā)電車側(cè)導(dǎo)軌。采用U 型導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，固定在發(fā)電車上，導(dǎo)軌上設(shè)置凸起和凹槽，以便與連接頭進(jìn)行咬合。

（2）用戶側(cè)導(dǎo)軌：同樣采用U 型導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，固定在用戶端母排上，導(dǎo)軌上也設(shè)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(shè)計(jì)的形狀和結(jié)構(gòu)，以便插入和旋轉(zhuǎn)咬合。連接頭上還設(shè)置了一個(gè)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(jié)構(gòu)如圖2 所示。

采用表帶觸指設(shè)計(jì)方案，表帶觸指設(shè)計(jì)包括1 個(gè)或多個(gè)金屬接觸點(diǎn)，用于確保連接的穩(wěn)定性和可靠性，接觸點(diǎn)通常設(shè)計(jì)成帶狀形狀，以便能夠快速、簡(jiǎn)便地插拔，同時(shí)保證電氣連接的可靠性。這種設(shè)計(jì)在低壓電氣設(shè)備中廣泛使用，特別是在需要頻繁連接和斷開的場(chǎng)合，如工業(yè)設(shè)備、電子設(shè)備等領(lǐng)域，極大地延長(zhǎng)了產(chǎn)品的使用壽命，減少了連接器磨損對(duì)設(shè)備的影響。

在插入結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，插頭和插座自動(dòng)完成鋼珠鎖緊，隨后只需順時(shí)針旋轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)了格蘭頭結(jié)構(gòu)保證防水性能，能通過標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12706.4—2020 要求的水下恒壓負(fù)荷循環(huán)試驗(yàn)。

3.2 載流部分設(shè)計(jì)

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(guān)重要。

發(fā)電車保電低壓快速接口裝置額定電流為250 A，設(shè)計(jì)時(shí)溫升不超過50 K。溫升大小除了受載流導(dǎo)體材質(zhì)和直徑影響外，該裝置插頭和插座的接觸電阻也是關(guān)鍵因素。在銅導(dǎo)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(diǎn)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(chǎn)生的熱量，降低了該裝置的溫升。

該裝置采用表帶觸指技術(shù)，具備出色的電氣和機(jī)械性能，多點(diǎn)接觸設(shè)計(jì)使每個(gè)接觸點(diǎn)具有穩(wěn)定的接觸力，有效降低了接觸電阻，同時(shí)保證了良好的機(jī)械壽命。即使經(jīng)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(shè)計(jì)

裝置采用鋼珠鎖緊設(shè)計(jì)，插合到位后釋放手即可由彈簧機(jī)構(gòu)自動(dòng)鎖定，有效預(yù)防誤碰導(dǎo)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(dǎo)致嚴(yán)重電弧，對(duì)設(shè)備和人員造成重大威脅。解鎖時(shí)，需使用正確的工具（解鎖套筒），先旋轉(zhuǎn)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(dǎo)軌通常采用高強(qiáng)度、耐腐蝕的導(dǎo)電材料，如銅合金或鋁合金。連接頭需要具備良好的導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕性，一般選用優(yōu)質(zhì)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(zhì)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(zhì)量控制

制造工藝方面的要求如下。

（1）材料采購。選擇符合標(biāo)準(zhǔn)要求的導(dǎo)電材料，確保材料的質(zhì)量可靠。

（2）材料切割。按照設(shè)計(jì)規(guī)格，對(duì)導(dǎo)軌和連接頭的原材料進(jìn)行切割，得到合適尺寸的工件。

（3）加工制造。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工藝，對(duì)導(dǎo)軌和連接頭進(jìn)行精確的加工和成型。

（4）表面處理。對(duì)連接頭進(jìn)行表面處理，如拋光、電鍍等，以提高其耐腐蝕性和外觀質(zhì)量。

（5）組裝調(diào)試。將導(dǎo)軌和連接頭組裝在一起，并進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試，確保連接的可靠性和穩(wěn)定性。

質(zhì)量控制方面的要求如下：①材料檢驗(yàn)。對(duì)采購的材料進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，包括化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測(cè)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(yán)格的尺寸測(cè)量和工藝監(jiān)控，確保加工精度和質(zhì)量穩(wěn)定性。③成品檢驗(yàn)。對(duì)制造好的發(fā)電車保電低壓快速接口裝置進(jìn)行全面檢驗(yàn)，包括外觀檢查、功能測(cè)試等，確保裝置的合格率。④質(zhì)量記錄與追溯。對(duì)每個(gè)生產(chǎn)批次的產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量記錄，包括原材料檢驗(yàn)報(bào)告、加工記錄、成品檢驗(yàn)報(bào)告等，以便追溯問題原因。

4 結(jié)束語

文章研制的發(fā)電車保電低壓快速接口裝置結(jié)構(gòu)合理、材料優(yōu)良、制造工藝精良，通過質(zhì)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(yùn)行，具有較高的實(shí)用性。

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