发电车保电低压快速接口装置的研制

［摘 要］为解决电网大电流快速连接系统问题，保障电力系统的可靠供电和安全运行，文章设计了一种快速接口装置，并阐述了设计目标、要求及工作原理。在装置设计与制造部分，对结构设计、材料选择与加工工艺及制造工艺与质量控制等方面进行了研究。

［关键词］快速接口；电网；设备连接；发电车

［中图分类号］TM624 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）05–0078–03

1 概述

1.1 电网大电流快速连接器现状

目前在配网带电作业检修过程中，采用的低压电缆铜鼻子与用户端低压柜内母排通过螺栓固定的连接方式存在问题，作业人员直接接触低压柜内带电体存在安全隐患，为解决此问题，引入一种快速接口装置。该装置具备安全隔离功能，能够在连接过程中有效地防止电流的流动，操作简单，可保证作业人员的安全。

1.2 发电车和用户端母排的连接问题

在电力系统维护和紧急情况下，为了提供临时电源，需要将发电车与用户端低压柜内母排连接起来。在传统的连接方法中，常用的方式是通过螺栓固定来进行连接。具体来说，该连接方式通常采用铜鼻子与用户端低压柜内母排之间的螺栓固定，铜鼻子需要先固定在发电车上，再将其与母排进行连接。这种连接方式存在以下问题。

（1）需要较多的人力参与。在连接过程中，需要有专业技术人员进行操作，同时需要使用一些设备，如扳手、钳子等。因此，需要较多的人力参与，从而增加了工作难度和人力成本。

（2）操作繁琐。螺栓固定方式需要繁琐的操作步骤，包括将铜鼻子固定在发电车上、用扳手旋转螺栓等。这些步骤需要技术人员具备较高的技能水平，否则容易出现错误或安全事故。

（3）连接时间长。由于需要进行多个操作步骤，连接时间较长，一般需要几十分钟或更长的时间，从而严重影响了电力系统的可靠供电。

为了解决这些问题，需要研制一种新型的发电车保电低压快速接口装置，具备快速、安全、便捷的特点，以提高连接效率和安全性。该装置可以在紧急情况下快速连接发电车和用户端母排，确保电力供应的连续性和可靠性。

1.3 使用场景相关典型产品

深圳市浩富科技有限公司研发的发电车快速连接器应急电源插座，作为国网南网发电车快速接入单元及装置标准方案产品，接口标准为国网南网通用标准；MC 面板插座等产品替代HQC 系列产品与供电局发电车车端接头组成快速接入系统，属闭环系统产品，产品规格见表1。

2 设计思路与原理

2.1 设计目标与要求

（1）安全可靠。快速接口装置必须经受住高电流和高压的考验，确保在使用过程中不会出现电火花、电弧等安全隐患。这可以通过采用耐高温、耐腐蚀的材料及合适的设计来实现。

（2）操作简便。为了确保快速接口装置的易操作性，设计应简单直观，使非专业人员也能够轻松上手，使用明显的标识和指示器，并确保连接过程中不会出现易发生错误的步骤。

具体来说，设计时主要遵循以下要求：额定电流450 A 及以上、额定电压1 000 V、绝缘材料PVC/POM、接触部分使用多点接触技术、汇流夹钳的短路电流为7.5 kA。

2.2 快速接口装置的工作原理

（1）发电车侧导轨。其是固定在发电车上的一组导轨，通常安装在发电机室内。导轨由导电材料制成，用于传递电流和提供电气连接接口。

（2）用户侧导轨。其是固定在用户端母排上的一组导轨，可以是配电柜或其他负载设备。其与发电车侧导轨相对应，也由导电材料制成，以确保良好的电气连接。

（3）连接头。其是连接发电车侧导轨和用户侧导轨的关键部件，通常由金属材料制成，具有特殊的结构和形状，以便插入和旋转以完成连接操作。

（4）导轨咬合。连接头的设计使其能够与发电车侧导轨和用户侧导轨进行咬合。这种咬合可以通过凸起和凹槽的组合实现，以确保牢固的连接。

（5）锁定按钮。连接头上通常有一个锁定按钮，用于确保连接的稳定性。按下锁定按钮后，连接头将保持在插入状态，不会因震动或其他外力而松脱。

2.3 连接过程

将发电车侧导轨和用户侧导轨对齐，并将连接头插入到两个导轨之间。导轨可能具有特殊的形状或标记，以确保正确的对齐。旋转连接头，使其与发电车侧导轨和用户侧导轨相互咬合。按下连接头上的锁定按钮，确保连接的稳定性。

典型的快速连接器结构如图1 所示。

3 装置设计与制造

3.1 结构设计

发电车保电低压快速接口装置的设计需要考虑结构的稳定性、连接的可靠性和易操作性。具体的结构设计如下。

（1）发电车侧导轨。采用U 型导轨结构，固定在发电车上，导轨上设置凸起和凹槽，以便与连接头进行咬合。

（2）用户侧导轨：同样采用U 型导轨结构，固定在用户端母排上，导轨上也设置凸起和凹槽，与连接头咬合，确保良好的电气连接。

（3）连接头。连接头由金属材料制成，具有专门设计的形状和结构，以便插入和旋转咬合。连接头上还设置了一个锁定按钮，确保连接的稳定性。

发电车保电低压快速接口装置结构如图2 所示。

采用表带触指设计方案，表带触指设计包括1 个或多个金属接触点，用于确保连接的稳定性和可靠性，接触点通常设计成带状形状，以便能够快速、简便地插拔，同时保证电气连接的可靠性。这种设计在低压电气设备中广泛使用，特别是在需要频繁连接和断开的场合，如工业设备、电子设备等领域，极大地延长了产品的使用寿命，减少了连接器磨损对设备的影响。

在插入结构的设计中，插头和插座自动完成钢珠锁紧，随后只需顺时针旋转插头上的卡套45°，即可完成二次卡栓锁紧，在操作中无需协作可单人操作，且仅需3～5 s 即可完成。

此外，设计了格兰头结构保证防水性能，能通过标准GB/T 12706.4—2020 要求的水下恒压负荷循环试验。

3.2 载流部分设计

作为承载高电流的大功率连接器，其通流能力和热量散发情况至关重要。

发电车保电低压快速接口装置额定电流为250 A，设计时温升不超过50 K。温升大小除了受载流导体材质和直径影响外，该装置插头和插座的接触电阻也是关键因素。在铜导体直径相近的情况下，接触电阻较小，该装置中通过的电流在接触点处的电压降也较小，从而减小了电能的损耗。这样可以有效地减少该装置中产生的热量，降低了该装置的温升。

该装置采用表带触指技术，具备出色的电气和机械性能，多点接触设计使每个接触点具有稳定的接触力，有效降低了接触电阻，同时保证了良好的机械寿命。即使经过数千次插拔，该装置仍能保持稳定可靠的连接，接触电阻保持在优秀水平。

3.3 锁扣部分设计

装置采用钢珠锁紧设计，插合到位后释放手即可由弹簧机构自动锁定，有效预防误碰导致的意外脱开，为高压装置的电气安全提供了重要保障。异常脱开可能导致严重电弧，对设备和人员造成重大威胁。解锁时，需使用正确的工具（解锁套筒），先旋转再向后拉，才能解除锁定。

3.4 材料选择与加工工艺

为了确保发电车保电低压快速接口装置的安全可靠性和耐久性，在材料选择方面，导轨通常采用高强度、耐腐蚀的导电材料，如铜合金或铝合金。连接头需要具备良好的导电性、机械强度和耐腐蚀性，一般选用优质的铜合金或铝合金。插头端选择有弹性的三元乙丙橡胶，插座端采用硬质的环氧树脂，有助于控制形变及界面压力。

3.5 制造工艺与质量控制

制造工艺方面的要求如下。

（1）材料采购。选择符合标准要求的导电材料，确保材料的质量可靠。

（2）材料切割。按照设计规格，对导轨和连接头的原材料进行切割，得到合适尺寸的工件。

（3）加工制造。根据结构设计和加工工艺，对导轨和连接头进行精确的加工和成型。

（4）表面处理。对连接头进行表面处理，如抛光、电镀等，以提高其耐腐蚀性和外观质量。

（5）组装调试。将导轨和连接头组装在一起，并进行调试和测试，确保连接的可靠性和稳定性。

质量控制方面的要求如下：①材料检验。对采购的材料进行质量检验，包括化学成分分析、力学性能测试等，确保材料符合要求。②加工过程控制。在加工过程中，通过严格的尺寸测量和工艺监控，确保加工精度和质量稳定性。③成品检验。对制造好的发电车保电低压快速接口装置进行全面检验，包括外观检查、功能测试等，确保装置的合格率。④质量记录与追溯。对每个生产批次的产品进行质量记录，包括原材料检验报告、加工记录、成品检验报告等，以便追溯问题原因。

4 结束语

文章研制的发电车保电低压快速接口装置结构合理、材料优良、制造工艺精良，通过质量控制可确保装置的性能稳定和可靠。该装置可保障电力系统安全运行，具有较高的实用性。

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