简美加, 楼伟国, 马雪伟, 柏华东

(杭申控股集团 杭州之江开关有限公司, 浙江 杭州 311234)

0 引 言

随着社会经济的发展,人民生活水平的提高,用户对供电的可靠性和连续性要求越来越高,停电将会造成巨大的经济损失和严重的社会影响。现有低压配电柜往往都是单路电源供电,一旦遇到极端恶劣天气或者电网配电柜元器件故障,将导致大面积的停电[1-3];仅单路供电不利于电网及配电柜的检修,遇到电网或者配电柜需要周期性检修时也将引起负载端停电;现有配电柜的固有缺陷无法满足用户对用电连续性、可靠性的需求[4-5]。

1 国内外研究水平的现状

配电线路不停电作业根据待维护的电力设备是否带电将作业方法分为两种:一是可以直接在带电的线路及设备上作业的方式,即带电作业;二是无法直接对设备进行带电作业的方式,需要采用移动电源、旁路设备等将需要维护的设备从电网中分离出来,在停电的状态下处理后再恢复维护前状态,即综合不停电作业[6]。

(1) 移动电源法:对于当前的配电网检修工作来说,经常会遇到需要更换配变、迁移杆线以及更换导线等项目,而这些项目的一个最大特点就是不能直接通过带电作业来实现。在这种情况下,可以考虑采用移动电源法来进行检修作业。该方法的思路是通过使用移动电源来实现对电力用户的持续供电,同时需要对检修的线路和设备进行停电处理,在检修作业的同时不影响对用户的正常供电。 通过以上分析不难看出,采用该方法的一个关键点就是通过移动电源来对用户进行持续供电,而目前所采用的移动电源主要是移动发电车,如柴油发电车、应急电源装置(EPS)、负荷转移车等。在实际操作中,为了防止造成环流和倒送电,不允许将移动发电车直接接入运行中的电网,而是必须先将待检修的线路、 设备从电网中隔离出来,然后再通过发电车对需要供电的用户进行供电。

(2) 旁路作业法:当前配电网中的架空线路应用较多,同时也给线路的检修作业增加了难度。在这种情况下,可以考虑采用旁路作业法,即在现场快速架设一条临时性的输电线路,然后用此线路跨接故障段,最后将电源引向这条临时旁路输电线路,并对故障段进行停电作业,在维持对用户持续供电的同时,也实现对故障线路的检修处理。采用旁路作业法时,因为旁路输电线路是临时性的,所以一般会暴露在自然环境中,造成旁路线路可能会受到各种外界因素的干扰,提高旁路输电线路的安全性和可靠性是应用该方法的关键。

2 双电源开关电源接入装置研究

为了解决低压柜母排连接和移动发电车进线电缆连接过程中的问题,本项目提供了一种即插即用安全可靠的低压配电柜(0.4 kV)双电源开关电源接入装置解决方案。装置可适用于各类规格的低压配电设备母排(最大可承受400 A电流的配电系统),无需使用紧固件,并能快速接入,具有良好的载流能力和绝缘能力,可以有效缩短移动发电车的接入时间,保障用户连续可靠用电,提高电力应急能力,提高供电与保电效率[7-9]。研制双电源开关电源接入装置使低压配电设备可以更加安全、方便地连入到移动发电车,进而实施现场不停电作业,快速地满足各类涉及电网的作业需要。

2.1 技术创新点

双电源开关电源接入装置是移动发电车与低压配电设备母排的新型连接解决方案,由动/静接触触头组件组成,静触头装置预装于配电设备母排之上,静触头由外壳防护罩及静触头铜件组成,静触头铜片折弯成U形外圈用弹簧固定,通过弹簧件的扩张与收缩,卡紧动/静触头,保证动/静触头不会因电斥力而分开,保证载流能力;为满足各种低压配电设备母排的设计需求,将预装静触头装置设计为可适用于各类规格的配电设备母排,本身自带紧固装置,无需重新打孔安装,利用配电设备母排的预装孔直接将静触头安装于母排之上,减小低压配电柜的改造难度,保证设备间的可靠电气间隙;动触头为φ18 mm的圆铜棒,在动触头插入时可自由调整方向无需定位;动/静触头采用铜件镀银工艺,总载流量为400～800 A,保证装置导电件接触部的温升不超过60 K;接入配电设备母排后通过“J”字形卡扣进行定位与锁紧,有效防止脱落,具有安全、方便、快捷、可靠的特点;在计划检修时,可提前将发电车与市电并网后,再断开市电,可做到不停电作业。

2.2 结构及工作原理

电源接入装置如图1所示,主要由静触头组件1和动触头组件2组成。

静触头组件示意图如图2所示,包括101底板、102铜螺钉、103静触头、104内六角组合螺钉M4×15 mm、105绝缘罩壳、106十字槽组合螺钉M4×35 mm (4颗);101底板开有六角形内凹孔,安装时将102铜螺钉头部嵌装于101底板六角形内凹孔内,103静触头通过104内六角组合螺钉M4×15 mm固定于102铜螺钉之上,外围罩105绝缘罩壳;105绝缘罩壳A、B、C、D面各开有方向相反尺寸一致的“J”字形卡扣及散热孔、E面开有导槽。

动触头组件如图3所示,包括201动触头、202顶杆、203绝缘罩壳、204绝缘罩壳、205定位件(2颗)、206十字槽组合螺钉M3×12 mm (4颗)、207视察窗;203、204绝缘罩壳为对称拼合安装,203绝缘罩壳螺钉紧固位置装一嵌装圆螺母,绝缘罩壳一端开有限位凸台,203、204绝缘罩壳限位安装。

202顶杆一端为全螺纹金属推杆,另一端为主支撑件,主支撑件圆柱面上开有“凹”形卡槽、头部嵌装一旋钮,供手动操作手柄插入操作之用,旋钮为金属材质,保证顶杆操作的机械强度;202顶杆推杆受力承载部位采用金属件、操作面材质采用绝缘塑料件,满足202顶杆结构强度的同时,保证操作面的安全绝缘保护人身、设备安全。

201动触头由插接触头、连接板、镜像指示件组成,插接触头、连接板采用铜件焊接方式安装,焊接安装前先将镜像指示件置于插接触头“工”字形槽内固定,插接触头为主动件,镜像指示件为从动件,镜像指示件上设置有“分”、“合”指示。当201动触头运动至207视察窗观察范围内时可从镜像指示件位置实时观察插接触头所处位置。

动触头组件安装时将连接板插入203、204绝缘罩壳底部矩形槽内,202顶杆拧入201动触头螺纹孔内;202顶杆“凹”形卡槽卡在203、204绝缘罩壳限位凸台之上,保证202顶杆可自由旋转,但无法做水平运动;202顶杆旋转时带动201动触头做水平运动,达到拧动202顶杆间接推动201动触头自由伸缩的目的。连接板插入203、204绝缘罩壳底部矩形槽内起到限位作用,限制201动触头的运动,保证触头运动的可靠性。

203、204绝缘罩壳开有一30°圆孔,用于安装205定位件。动/静触头安装时先将动触头调整为水平倾斜30°沿105绝缘罩壳导槽插入105绝缘罩壳“J”字形倒钩内,拧动202顶杆推动201动触头沿105绝缘罩壳导槽插入102静触头内;由于105绝缘罩壳采用“J”字形卡扣设计,在拧动204顶杆时可有效防止动触头松脱错位。

103静触头设计为圆形,内部有一圈齿形内凹限位与201动触头为过渡配合。当201动触头插入103静触头前先将齿形限位顶开方可插入静触头内。此设计既可保证201动触头运动灵活性,齿形内凹限位可起到紧固作用,保证动/静触头接触的可靠性,防止动/静触头接触不良引起触头温升升高,进而影响装置设计性能。

3 成果推广后的直接和间接效益

配电不停电作业是可靠供电的技术手段,对减少社会停电有着直接和重要作用。同时对供电企业而言,避免和减少各种停、送电操作,改善作业环境,客观上提高了人身安全和设备安全,进而提升供电企业的技术水平、服务水平和企业形象[10-11]。配电不停电作业具有以下功效:

(1) 配电不停电作业是当前提高供电可靠性的最直接、最有效的措施。 据国内多年的供电可靠性统计分析,用户停电原因中有70%以上是配电的预安排停电,即网络改造、业扩接电、 计划检修等。目前,我国还处于工业化、城镇化建设的快速发展阶段,网络改造、业扩接电工程占很大的比例。由此可见,不停电与停电两种不同作业方式产生截然不同的结果,采用不停电作业能保证向用户不间断供电。

(2) 具有良好的经济效益和社会效益。停电不仅给供电企业、发电厂因减少供电量造成自身直接损失,减少发供电企业的营业收入,延长电力投资回收周期;同时停电直接影响用户的生产、生活,造成停电损失,甚至影响社会稳定。

(3) 大大提高了劳动效率,同时在一定程度上也提高了作业的安全性。常规的停电作业除了现场施工安装外,作业前应对作业范围内的电力线路或设备通过倒闸操作进行转电、停电、验电后装设接地线,并布置现场安全措施,作业完毕后再拆除所有接地线,通过倒闸操作恢复送电。这些保证安全的技术措施是必不可少的,并且要遵循正确的作业顺序,才能确保作业人员和操作人员的人身安全。对简单的辐射型配电网来说,作业前布置安全措施和作业后拆除安全措施以及停送电,通常要花费操作人员1 h以上的时间,若是多分段、多联络等接线复杂的配电网,线路设备及地点多而分散,花费2～3 h较常见,这样既耗时又耗力。同时在倒闸操作和设置现场安全措施时,若工作不到位或有所疏忽而发生误操作,都可能带来安全生产事故,甚至造成人身伤害。

采用双电源开关电源接入装置解决方案,无需停、送电的倒闸操作,现场安全措施布置地点固定而且操作简单,需时不到5 min完成连接进行供电,减少了工作量和时间,提高了劳动效率。

(4) 促进检修方式的进步,更好地保障电网安全。实施不停电作业,电网设备的检修方式不再局限于在传统的停电方式下进行,采用带电检修、旁路替代运行等均可以实现对需要检修的线路或设备及时检修,不需等待停电计划,线路或设备缺陷及隐患得到及时消除,缩短了电力设施带病运行时间,有效地保障电网设备的安全运行。

4 结 语

本文提出了一种新型的双电源开关电源接入装置,并大致说明了其结构和实现原理。本装置结构简单、拆装方便,无需对原有低压配电柜进行改造,投入、运行成本低;可带电插拔,无需停、送电的倒闸操作;现场安全措施布置地点固定而且操作简单,满足配电不停电作业要求;可广泛应用在各种低压配电设备之上。是目前移动发电车与低压配电设备母排的新型连接解决方案,具有很好的应用前景。