配电网多功能设备存放柜的设计与应用

郭锐 路峤 王志童 计梦瑶 张晓峰

在配电网维护与保养过程中常常需要进行更换，配电站常采用站内配件储存的方式对断路器进行富余的配备[1]。然而，由于保存方式及条件等客观限制而容易使得断路器受到潮湿甚至是浸水等问题的困扰，客观上降低了断路器的使用寿命，甚至是完全失效。这就需要对配电站站内储存柜进行开发与设计并进行进一步的规范化管理。

一、多功能备用开关柜的功能需求分析

（一）开关储存现状及存在的问题

在配电网维护的过程中所需要的断路器一般采用原地存储或集中存储等两种方式来予以实现。原地存储则主要针对于具有室内条件的配电站，在配电站室内规划一定的区域对包括断路器在内的常用元器件进行现场存储，施工人员根据实际需求进行现场选取使用，当配货存量不足时由大库进行统一的调配[2]；集中存储主要是指以县级或以上配电网管理部门为主体建立集中备料储存仓库，当维养过程中需要使用或更换断路器时由现场施工人员提出使用需求，由大库统一调配相关的物资，再由施工人员领取并带到施工现场进行更换与使用。由于集中存储仓库建设规模较大、投资较高，进而能够有效保障存储的合规性，对元器件的使用寿命没有明显影响，而部分开闭站配电室采用室内原地存储的方式对包括断路器在内的常见元器件进行存储。

（二）功能需求分析

基于实际的功能规划以及现场施工需求，多功能存放柜在具体的设计中需要具有如下的基本功能。第一，多功能存放柜需要具有除湿功能。电气开关对于存储条件中的空气湿度较为敏感，如果湿度过大容易产生锈蚀，进而影响开关的灵敏度甚至是增加额外的电阻，产生发热、跳电等故障。该功能需要通过安装智能除湿器来予以实现，设定温度和湿度的动作参数，通过除湿器的传感器探头，除湿器液晶屏显示柜内实时温度和湿度，从而实现湿度与温度直观可调，避免断路器受潮腐蚀老化短路。第二，多功能存放柜需要具有防尘功能。现场储存条件下的安装条件较为恶劣，周围环境更容易产生灰尘。在具体的实现方面可以通过“两步走”的方式来进行：其一是在多功能存放柜柜门装有密封条，进行防尘保护；其二是利用独立包装对其内存储的开关设备进行包裹。通过上述两种方式能够将防尘效果提高到最大。第三，多功能存放柜需要具有试验便捷性。在具体的实现层面上，多功能存放柜后部装有断路器触头盒，备用开关断路器通过底盘车可摇至工作位，动触头和静触头连接，断路器做特性试验时，试验人员操作方便。第四，多功能存放柜需要具有转运便捷性。开关在安装过程中需要经过搬运与转移，这一过程需要不断地调整转运小车的高度以适应安装高程。多功能存储柜在设计的过程中应该对高度设置进行有效的关注。

二、产品的设计与实现

结合多功能备存放柜的实际需求以及配电站现场配件的存储规范，在多功能备存放柜的设计与实现过程中主要包括了内外箱尺寸设计、试验装置设计以及除湿系统设计等三项主要内容，其他诸如承重结构、转轮、电源等并非本文研究的重点[3]。

（一）内外箱尺寸设计

内外箱尺寸设计主要是指对箱体外部尺寸及内部空间进行设计与规划。在外部尺寸上，柜体的总体规格为800*687*1500cm，侧上部安装触头盒，向外延伸30*687*50cm。在内部空间上，存储柜分为上下两层结构。其中上层结构尺寸为800*687*700cm，为除湿防尘室，正向柜门配备提拉式门锁把手，并配备密封胶垫，隔绝空气的流通，以达到防湿、防尘的目的，底部隔板除了与除湿器连通之外，同样采用密封布局的方式进行构建。下层结构尺寸为800*687*800cm，为开放存储空间，可以用于存储部分对于存储条件无特殊要求的元器件和基本维养工具。同时，下层柜体内置了除湿器，可以用于存储需保持干燥的元器件，并保障其自身散热的有效性，避免温度过高。在具体的设计安排中，内部顶部内置一台除湿器，侧面外壁以及底部开设散热孔，同时预留带3C认证的钢化玻璃作为观察口，可以用于观察除湿器的工作状态并进行相关的设置。存储柜底部在四个角落分别安装有直径为10cm的带有刹车的万向轱辘，用于柜体的整体移动与固定。除此之外，在非观察口的侧面安装有接地螺栓在必要时可以将柜体与墙面进行固定，提高固定强度。具体设计如图1所示。

图1 内外箱尺寸及设计图

（二）试验装置设计

试验装置设计的核心在于可以在不移动或不大范围移动备用开关的情况下，对开关的有效性进行测试。总体的设计思路是开关在存储柜中以预安装的方式进行存储，既开关以安装非固定的方式连接在箱体预留的开关接口处，在存储柜外侧提供2组安装触头盒。值得注意的是，按照设计的目的性要求，该存储柜可以对6组开关进行同时存储，试验是可以按照不同的跨接方式对不同开关进行现场试验，在施工人员需要进行现场试验时，试验设备仅需要通过与触头盒进行连接便可以构建试验通路，对开关的有效性进行试验与评价。此种设计方式极大地降低了现场试验的人工需求，并有效地缩短了所需时间。与此同时，由于试验中不需要搬动开关设备，也不需要进行二次连接，既保障了现场操作人员的生产安全，又能够避免可能会对开关设备造成的损伤。具体的连接方式设计要点如图2所示。

图2 试验装置连接设计图

（三）除湿系统设计

为保障上层箱体内的除湿效果，本设备在下层箱体中内置了除湿器一台。根据存储箱体的尺寸与除湿需求，除湿器选择工业级小型除湿器沃顿WT-H500（该设备由深圳市沃顿电气技术有限公司提供）。该除湿器能够的启动功率为15W，能够有效对3立方米内的密闭空间中的空气水分进行去除，除湿器通过密封软管与上层储存空间连接，并将空气湿度感应器采用外接的方式内置于上层存储空间底部。排水管以软管形式经由侧面散热孔伸出，接入放置在存储柜边缘的塑料桶内，防止排水对配电站内其他装置可能产生的危害。其内的水分一般经自然蒸发而去除，如果存在存水则可以由现场施工人员进行清理。该款除湿器内部整合了空气湿度检测、自动启动等智能功能，故而对于除湿功能不需要进行二次设计。同时，针对除湿器的应用特征在安装时与其与侧柜的钢化玻璃观察口之间的高度进行对其安装，方便现场操作人员对除湿器进行操作并对其工作状态进行观察。

三、产品应用效果与优势分析

（一）产品应用及效果

本设备并不需要现场安装，应用较为简便。在具体的配变电站应用中，仅需要将箱体设备整体运输至存储场地，按照开关安装高度施工建设高程台，后将设备放置其上进行固定后接通电源便可以投入使用。依次按需求将包括开光装置的配变电站需求常备配件放置其中，设置适宜的湿度阈值（一般为系统默认参数），紧闭设备外门后便可[4]。

从上述的安装与应用过程中不难发现，该设备的使用较便捷，首次布置由于需要涉及设备的运输与固定的操作，一般需要4个人工进行现场操作。而后续对于配件的取用与补充则仅需要1名现场操作人员，考虑到配电站维养与安全生产要求也仅需要2名操作人员进入现场操作便可。为了进一步证明，本设备的有效性，本文在实际布置应用的基础上，对其存储有效性、应用便捷性以及操作人员满意性等三个方面对其应用效果进行评价。其中存储有效性以开关设备是否失效为评价标准，便捷性以及满意性指标以现场操作人员的现场评分为准。其中0分为十分不便/不满意，10分为十分便捷/满意。在现场试验中，在全省范围内共布置多功能备存放柜一百台，其中有83台涉及相关的维养操作，可以作为评价标的纳入其中，具体结果如下表所示：

由表1中的结果不难发现，利用多功能备存放柜对开关设备进行存储，全部开关均保存良好，未出现失效与损坏的情况；针对便捷性的评价结果显示，现场操作人员对于便捷性的评分最低分为7分，最高分为10分，平均分为9.1分，方差为0.46。这一结果表明绝大部分现场施工人员认为多功能备存放柜的使用较为便捷，能够显著的提高工作效率，并保障施工安全。其中针对现场试验的便捷性提高最为显著；在满意度方面，评分最低分为6分，最高分为10分，平均分为8.3分，方差为0.67。该结果表明大部分员工均对多功能备存放柜的应用表示满意，尤其是针对利用小车进行开关转移环节的满意度最高，也有部分员工认为现场存储不利于配电站内的空间布局，进而存在一定程度的满意度下降。

表1 多功能备存放柜应用效果评价结果统计表

（二）产品优势分析

本产品的应用优势主要体现在如下几个方面。一是应用便捷。采用万向轮的方式对其进行构建，对于多功能柜体的首次布置与后续的可能移动提供了有效的便捷性。万向轮自带刹车锁死功能，在布置完成后，如果地面平缓则可以采用万向轮自带的刹车功能予以固定，如果现场环境较为恶劣，还可以通过固定螺栓的方式将柜体与墙体进行固定；二是试验便捷。在转运及安装实际操作中，能够利用外部接口直接进行有效性试验，进而保障了设备在安装后的有效性与可靠性，同时避免了试验过程中的拆装，提高了试验的效能；三是免维养性。在维养上，除湿系统具有自动报警功能，如果出现故障或上层存储空间空气湿度超出范围则会自动报警。其他设备的维护上除了出现人为或不可抗力的损坏外，密封胶条的使用寿命在5年以上，仅需要定期进行更换便可保障多功能柜的长期有效。

总结

针对需求与现实之间的不匹配，本文开发了一款具有除湿功能的密封多功能存储柜，详细介绍了此种设备的功能需求、设计与实现，并采用现场布置测试试验的方式对其有效性、便捷性与满意度等指标进行分析；与此同时，根据现场施工人员的反馈，该设备投入使用后，能够提高现场试验的效能，降低人工投入，在便捷性以及满意度方面取得了优异的成绩。通过本文的研究认为除湿条件下配电网多功能备存放柜具有较高的推广与应用价值。