10 kV开关小车二次储能回路电动充电的移动电源装置设计及研制

黄凤萍

（广东电网有限责任公司惠州供电局，广东 惠州 516001）

0 引 言

10 kV开关小车设备在广东电网公司管辖的变电站中起着举足轻重的作用，当进行检修或高压试验工作时需拉出10 kV开关小车，并将10 kV开关小车的弹簧舌片套紧在转运小车的转向盘插槽上。当现场工作人员做10 kV开关小车整改后各类高压试验时需多次合上10 kV开关小车，对10 kV开关小车二次回路储能才能满足试验条件要求，况且由于10 kV开关小车人工手摇储能把手操作模式速度慢、效率低而几乎不被使用。目前，运行人员将10 kV开关小车旋转推拉180°后，把10 kV开关小车人工推拉至开关柜体前面，使得10 kV开关小车的二次航空插头动触头能够插入固定在开关柜体中柜顶部的二次航空插头静触头，实现对10 kV开关小车的储能回路电动充电后的储能操作[1-3]。10 kV开关小车从开关柜拖出和推回的整个过程都是由人手推拉操作的。运行人员在操作10 kV开关小车的过程中，不小心则会出现10 kV开关小车两端伸出的弹簧舌片与转运小车转向托盘上的插槽套接不到位的现象，这样会导致10 kV开关小车翻倒，以往曾在变电站发生过同类事故。

为了解决10 kV开关小车被人工拖出并套紧在转运小车的转向托盘上不能迅速就地进行储能回路电动充电后储能操作的问题，本文用CAD软件设计并研制一套10 kV开关小车二次储能回路电动充电的移动电源装置并在变电生产工作中推广应用。

1 10 kV开关小车二次储能回路电动充电的移动电源装置的基本结构原理

设计的可移动式电源装置可就地迅速对10 kV开关小车二次储能回路进行电动充电，无需在紧急情况下依赖于10 kV开关小车柜体本身所具备的手动储能功能。该套移动电源装置由一个自带内置直流24 V锂电池将交流220 V转换成直流110 V或直流220 V或交流220 V直接输出的开关电源装置，加上一个跟10 kV开关小车二次航空插头插针拔插位置和形状相对应的插头插孔接头装置，两套装置由一条塑料软管连接而成。该移动电源装置设计有一根电源线，电源线可接通室内交流220 V市电的三相插头对该移动电源装置的内置直流24 V锂电池进行充电，便于移动电源装置维护和内置直流24 V锂电池反复充电后再次使用。

10 kV开关小车二次航空插头插针拔插位置和形状相对应的插头插孔接头装置包括有58个插孔。在58个插孔中，只有25号-35号这两个接触对的电机回路是真正连通的，其余56个接触对的二次电气回路并未也不需要实际接入10 kV开关小车二次电气回路中，其余56个接触对的二次电气回路为虚接。如图1所示为广东金晖隆开关有限公司生产的开关小车内部电气接线原理图。如图2所示为广东金晖隆开关有限公司生产的开关小车航空插头储能回路的25号-35号电机回路两个接触对。如图3所示为广州白云电器设备股份有限公司生产的开关小车二次接线原理图。如图4所示为广州白云电器设备股份有限公司生产的开关小车航空插头储能回路25号-35号电机回路两个接触对。由图1至图4分析得出：广东金晖隆开关有限公司和广州白云电器设备股份有限公司生产的10 kV开关小车二次航空插头的58对插针插孔接触对中，其中25号-35号两个接触对代表的是电机储能回路，通过将该电机储能回路跟直流电源接通，就可实现对10 kV开关小车储能回路电动充电后储能操作的目的。

图1 广东金晖隆开关有限公司生产的手车式开关小车内部电气接线原理图

图2 广东金晖隆开关有限公司生产的开关小车航空插头储能回路的25号-35号电机回路两个接触对

图3 广州白云电器设备股份有限公司生产的开关小车二次接线原理图

图4 广州白云电器设备股份有限公司生产的开关小车航空插头储能回路25号-35号电机回路两个接触对

经查阅资料和咨询工程技术人员，在10 kV开关小车二次航空插头58对插针插孔接触对中，除了厦门华电开关有限公司生产的10 kV开关小车储能回路的25号-35号插针插孔接触对正负极极性相反，其他厂家所设计的储能回路的25-35号插针插孔接触对中，25号为正极，35号为负极。目前该成果可推广至包括广州白云电器设备股份有限公司、广东必达电器有限公司、广东金晖隆开关有限公司、厦门华电开关有限公司等不同厂家的10kV开关小车上应用。该成果美观实用、应用区域范围广阔，可应用在广东电网公司所有安装有不同厂家的10 kV开关小车的变电站高压室内。

个别老站改造的直流母线还是直流220 V，但很多新站的直流母线都是直流110 V，广州、江门有些地区使用交流220 V作为10 kV开关小车二次储能回路充电电源。

综上所述，设计得出：如图5所示为10 kV开关小车二次储能回路充电电源的操作电源选择方式图。根据现场直流母线屏电压等级实际情况，该操作电源选择方式包括直流220 V、直流110 V、交流220 V三种常用方式，现场执行操作时只需要把操作电源把手旋转至某一种方式即可使用。

图5 10 kV开关小车二次储能回路充电电源的操作电源选择方式图

2 10 kV开关小车二次储能回路电动充电的移动电源装置设计及研制

2.1 装置的关键技术点

10 kV开关小车二次储能回路电动充电的移动电源装置设计及研制的技术关键点如下所述[4]。

（1）根据10 kV开关小车二次储能回路充电电源的操作电源选择方式图以及根据现场直流母线屏电压等级实际情况，该操作电源选择方式包括直流220 V、直流110 V、交流220 V三种常用方式，现场执行操作时只需要把操作电源把手旋转至某一种方式即可使用。

（2）10 kV开关小车二次航空插头有58对插针插孔接触对，其中25号-35号两个接触对为电机储能回路的两个接触对，通过将25号-35号这两个接触对跟直流电源接通，就可达到对10 kV开关小车储能回路电动充电后储能操作的目的。

（3）若无需运行人员配合，目前比较常规、高级一点的做法是使用班组的高压开关测试仪，该测试仪面板上有电压调节旋钮可调出不同的直流电压，有直流电压输出液晶面板可显示具体读数，该测试仪面板上还有分合闸按钮可实现远方操作[5]。直流电源输出可连接接线夹钳或插针，夹钳可夹住10 kV开关小车二次航空插头储能回路25号-35号的两个接触对插针，插针与插针之间可通过绝缘胶圈固定将直流电源输入到10 kV开关小车二次航空插头动触头的储能回路。

（4）若使用专用接线夹钳夹紧25号-35号的两个接触对插针或利用插针与插针之间通过绝缘胶圈固定进行充电的话，也可达到对10 kV开关小车二次储能回路电动充电的目的，但由于10 kV开关小车二次航空插头插针排列密密麻麻，操作时容易误碰误动其他插针的电气回路，进而造成事故，该常规方法不可靠。

（5）基于班组的常规方法不可靠以及厂家的10 kV检验小车所属知识产权保护问题，为了实现相同功能，本文所设计的移动电源装置有一个跟10 kV开关小车二次航空插头58个插针拔插位置和形状相对应的插头插孔接头装置。58个插孔中，只有电机回路是25号-35号的两个接触对是真正连通的，其余56个接触对为虚接，并未也不需要实际接入10 kV开关小车二次电气回路。

（6）经查阅资料和咨询相关工程技术人员，在10 kV开关小车二次航空插头58对插针插孔接触对中，包括上海通用电气有限公司、ABB生产的10 kV手车式开关小车，广东金晖隆开关有限公司生产的10 kV VN8-12手车式开关小车，广州白云电器设备股份有限公司生产的10 kV VB-12P手车式开关小车，广东必达电器有限公司生产的10 kV JZND-12手车式开关小车等几乎所有厂家设计的储能回路都是25号-35号插针插孔接触对。因此，所设计的移动电源装置跟10 kV开关小车二次航空插头58个插针拔插位置和形状相对应的插头插孔接头装置几乎适用于所有厂家，装置具有通用性。

2.2 技术创新点

10 kV开关小车二次储能回路电动充电的移动电源装置设计及研制的技术创新点如下所述：

（1）一般情况下，25号接触对为正极接触对，35号接触对为负极接触对，但是不排除其他厂家的情况不一致，所以在装置内部设计一个线槽盒，在25号-35号接触对极性相反的情况下方便工作人员使用专用工具进行换线操作，线槽盒平时用透明小盖子盖住设计为装置内部结构，不影响装置的外观[6]。但装置的弊端是如果10 kV开关小车二次航空插头25号-35号接触对的极性相反，那么装置内部设计的线槽盒的人工换线操作方法不灵活不方便，需优化该装置25号-35号两个接触对组成的储能回路的换线操作机构，比如增加拨动开关的切换把手或操作按钮。

（2）整套移动电源装置由一个自带内置电池将交流220 V转换成直流110 V或直流220 V或交流220 V直接输出的开关电源装置，该套内置电池有一个虚拟电池的电量指示器，能同时满足3～5台10 kV开关小车二次储能回路逐一进行电动充电所需要的电池电量，也就是说在对每一台10 kV开关小车二次储能回路进行电动充电后能显示出电池的剩余电量。

（3）操作电源的直流220 V、直流110 V、交流220 V三种常用选择方式相对应地在装置面板上增加3个指示灯作为判断操作电源选择方式是否操作到位的确认提示环节。

（4）由每节直流24 V的锂电池实现整流和逆变的轻巧便捷电池结构设计，实现交流220 V转换成直流110 V或直流220 V或交流220 V直接输出的功能，并加装两个船型控制开关，一个是电源输出控制开关，一个是锂电池充放电控制开关，电源输出控制开关直接安装在装置面板上，方便工作人员操作和控制。

（5）该装置实现箱体式设计，将锂电池及整流、逆变模块等设备全部封装在一个移动电源箱里，在移动电源箱底下加装两个固定轮和两个万向轮，方便工作人员手提操作把手推动轮子前行。该设计结构既便携易于操作，不用手提着移动电源箱那么重，又美观大方，且在移动电源箱门板下方刻有南方电网的logo,辨识度极高。如图6所示为10 kV开关小车二次储能回路电动充电的移动电源装置的移动电源箱结构图，如图7所示为10 kV开关小车二次储能回路电动充电的移动电源装置的移动电源箱原理图，如图8所示为10 kV开关小车二次储能回路电动充电的移动电源装置的移动电源箱门板示意图。

图6 10 kV开关小车二次储能回路电动充电的移动电源装置的移动电源箱结构图

图7 10 kV开关小车二次储能回路电动充电的移动电源装置的移动电源箱原理图

图8 10 kV开关小车二次储能回路电动充电的移动电源装置的移动电源箱门板示意图

（6）该装置箱体外壳输入接口上连接有输入电源线，输入电源线的尾端设有三相交流充电插头。输入电源线模仿家用电饭煲充电插头的外形和使用方法，在充满电后可拔卸存放。

3 10 kV开关小车二次储能回路电动充电的移动电源装置的操作步骤和注意事项

对图9所示的10 kV开关小车二次储能回路电动充电的移动电源装置的移动电源箱示意图的按键、指示灯分析说明如下：直流开关为轻触式按键，手动启动、退出；电池开关为“O”为关闭电池，“一”为打开电池；档位开关为切换AC220，DC220，DC110电压输出；电池状态为显示当前电池电量；输出接线柱为红色为正极输出，黑色为负极输出；放电指示灯（绿）为使用直流电压，电池供电时，放电指示灯亮；充电指示灯（红）为使用交流给电池充电时，充电指示灯亮；220 V故障指示灯（红）为当直流220 V输出超过1.2 A，10 s关断输出（800 W，10 s）；110 V故障指示灯（红）为当直流110 V输出超过2.4 A，10 s关断输出（800 W，10 s）；AC220 V指示灯（红）为交流220 V输出指示灯；DC220 V指示灯（绿）为直流220 V输出指示灯；DC110 V指示灯（黄）为直流110 V输出指示灯。

图9 10 kV开关小车二次储能回路电动充电的移动电源装置的移动电源箱示意图

10 kV开关小车二次储能回路电动充电的移动电源装置的项目参数如表1所示。

表1 所设计的移动电源装置的项目参数

10 kV开关小车二次储能回路电动充电的移动电源装置的操作步骤如下所述：（1）查看断路器储能回路电压，并查看断路器储能回路对应航空插头接点是否为25+、35-；（2）如断路器航空插头接点确认为25+、35-，可插到箱体的航空插座，并注意扣紧；（3）如储能回路电压确定后，在面板的档位开关选择对应的电压值；（4）操作面板上的电池开关至“一”（即接通状态），此时电池状态显示屏亮，并显示电池的电量；（5）操作面板上的直流开关，此时放电指示灯亮，断路器储能回路接通，操作完毕。

10 kV开关小车二次储能回路电动充电的移动电源装置的操作注意事项如下所述：（1）如检查断路器航空插头接点与电源箱接点不一致，可通过面板的输出接线柱接口，并通过配置的“红、黑”连接线，与断路器对应的储能回路接点连接，再按照操作步骤3～5进行顺序操作。（2）采用配置的“红、黑”连接线与断路器储能回路接点连接时，务必注意极性一致，并注意操作过程可能存在的触电危险。（3）如断路器储能回路电压为交流时，则第5步中操作面板上的直流开关不需要操作，即可完成断路器储能回路接通。（4）使用交流给电池充电时必须打开电池开关。（5）不使用时请关闭电池开关。（6）长期不使用交流时，可关闭箱子内部逆变器左侧开关。

4 结 论

本文用CAD软件智能化设计并研制一套10 kV开关小车二次储能回路电动充电的移动电源装置应用于广东电网公司变电站高压室内，有效解决了10 kV开关小车被拉出开关柜体后运行人员不能就地快速进行二次储能回路电动充电后自动储能的问题。

此外，该移动电源装置能够提高工作效率，运行人员无需旋转推拉开关小车，避免在旋转推拉开关小车过程中导致开关小车两端伸出的弹簧舌片没卡死在转运小车转向托盘上的插槽里造成开关小车倾倒事故，为运行人员和试验人员、检修人员减负。通过试验分析验证移动电源装置实施案例的有效性，具有广阔的应用平台和推广空间，创造了极大的社会效益和经济效益。