一种应急供电环境下用户侧电源快速连通装置研究

国网山东省电力公司日照供电公司 黄礼忠 刘贤伟 张 浩 英云龙 赵晓洋 史彦楠 李秀子 张 艳

电源应急车是一种保障现场活动设备用电，或断电抢修时为用户侧设备进行紧急供电的专用电源设备。但是由于现场的设备没有预留专门的电源电缆接口，或者现场设备的预留接口与电源应急车上的接头不符，无法进行快速电缆对接，此时通常会对现场设备的母排位置进行螺丝拆卸，然后进行电缆对接，不仅费时费力，而且遇到紧急抢修任务时无法及时为现场设备提供临时电源保障，影响抢修进度，造成现场工作被动[1]。为了能使应急电源车到达现场后立即提供临时供电保障，本文设计了一种应急供电环境下用户侧电源快速连通装置，该快速接通装置无需拆除螺丝即可实现应急电源车的电源接头与用户设备处母排的快速连接。

该装置采用子母对插方式，母头预先安装在用户设备的母排或者引流排处，子头对接在应急电源车的电源输出电缆头处，使用时直接将该应急电源车的电源输出接头对插到用户设备的母头上，旋转子头，利用接头内部的弹珠卡在母头套筒的卡槽内即可完成电源的对接工作。该快速连通设备的金属芯采用高导电铜材质，表面镀银，阻抗低，发热量小。子母接口处采用双冠簧多点接触结构，可有效避免端子受到振动时出现瞬断问题。该快速接通装置咬合紧，受力均匀，负载电流大，适合配电箱、箱变、台架配电箱等设备的主母排、联络母排、引流排等位置的电源对接。装置设计合理、操作简单、成本低，适合大规模推广，具有较好的市场前景。

1 电源快速连通装置结构及原理

按照相关规定，快速接通装置应具有良好的导电性和机械稳定性，且带有锁定结构，同时具有防电击功能。在对接口内有绝缘体，对插结构采用冠簧结构，金属材料表面需要镀银，电流兼容性大等要求。本电源快速连通装置为子母拔插结构，母头部分安装在用户侧的铜排上，母头整体呈L型，一边为圆柱状的套筒固定母座，另一边为固定在套筒母座上的旋转底座，底座的底部为连接板，连接板呈L型折弯状，上面设有固定螺丝用的U型插孔，可直接用螺丝固定在用户侧设备的母排上。

旋转座的圆柱状母座内设有与对应子头相连的弹簧夹紧结构，该夹紧结构包括一个金属套筒，以及套筒内的对插丝杆，对插丝杆和金属套筒之间采用球接的方式进行对接，对插丝杆的驱动结构位于旋转座内，主要为在旋转座上固定着的外齿圈，以及与外齿圈相啮合的呈行星架状的结构件，在行星架结构内拟合有太阳轮，对插丝杆被太阳轮内的螺母固定。

在固定座内部还装有固定架，固定架的顶部为行星架及丝杆螺母转动部件，电源快速连通装置的快速接头位于旋转座离固定座较远的一端，旋转座内有快速接头的转动部分，接头底部为连接筒，对插丝杆位于连接筒内且与连接筒相连，连接筒与对插丝杆、快速接头电性连接，连接筒外套设有连接架，行星架、丝杆螺母固定在连接架上。连接板上还设有用于固定到用户侧铜排螺母上的螺丝孔，对插套筒内有弹簧连接珠，连接珠固定在连接筒的内壁上，连接筒通过弹簧连接珠来完成与对插丝杆的固定，弹簧连接珠呈圆环形排列在连接套筒的内壁上。

为了能够实现在不拆卸螺丝的情况下快速实现对铜排母线的夹持，操作方便且安全，电源快速连通装置的对插子头部分采用阶梯层状结构，分为两层，上面一层外圆上设有滚珠的转动轨道，与该快速接通装置的子头上的滚珠相匹配，实现旋转对接固定。快速接通装置的母头整体采用L型设计，是为了使连接板在最小的接线半径下获得最大的牢固性，同时还不影响连接板的大小。L型设计同时使接线端子远离母排，这样在进行接头对插时可保持操作者与母排之间的距离，较大的连接板也会提供更好的固定效果，便于观察，同时接线也更加整齐美观。

为了使快速接通装置方便固定在母排上，在L型固定底座上设有螺丝孔及用于插入母排螺丝底部的开口，这样连接板就形成了U型，既可以在安装快速接通装置时方便插入，同时在将装置插入母排的螺丝底部后受螺丝的压力，可以为装置提供一定的支撑作用，使装置更加牢固。

因为快速接通装置采用子母对插的方式进行对接，子头部分插入后会进行旋转，利用凸起的滚珠卡入母头的凹槽部分进行固定，为了保证子头部分在旋转时整个快速接通装置不会随之转动，母头的旋转座的底部设置了与连接板相配合的防旋转的结构，防旋转结构包括金属套筒及与套筒相连的金属丝杆，金属套筒为镀银的内六角套筒，安装时将套筒套接到母排螺栓的螺母上，金属丝杆与套筒采用球接的方式连接在一起，这样在丝杆转动的情况下，接通装置的金属套筒不会随之转动，安装时转动丝杆就会将装置跟母排进行夹紧。

由于该快速接通装置主要应用于电源对接，采用电动的方式驱动连接丝杆的升降会存在一定的危险性。为了保证接头的安全及输电工作的持续顺畅进行，本装置的丝杆升降驱动采用棘轮啮合的方式。丝杆的驱动结构包括固定在旋转底座的外齿轮圈及与外齿轮圈互相啮合的行星架。旋转底座内部设有安装板，安装板有外齿圈的作用，安装工作时，转动旋转底座，与之相连的外齿圈也随之转动，由于行星架内啮合有太阳轮，这样外齿圈、行星架和太阳轮就组合在一起，构成了行星轮结构。太阳轮内有丝杆螺母，丝杆螺母连接在插接丝杆上，在太阳轮转动时，带动丝杆螺母一起转动，从而实现接插丝杆的升降，完成快速接通装置的固定夹持。

为确保能快速接通装置，在安装过程中及安装完成后的牢固稳定，快速接插装置的转动部分设置在母头的旋转座内，安装时子头部分插入母头的旋转座后旋转底座，就可以使旋转底座转动而固定底座不动。同时，在母头圆筒状接头部分的底部还设有内六角套筒，套筒与插拔丝杆相连，由于在插拔安装过程中丝杆需要转动且升降，为了使安装后更加牢固，在子头插入母头插拔圆筒内部分设有连接弹珠，在母头的插拔圆筒内设有盲孔，盲孔内装有弹簧，这样在接通装置的子头插入母头部分时，转动旋转底座，子头的弹簧连接珠就会卡在母头的盲孔内，使子头得到固定。

由于插拔丝杆与圆柱套筒为同轴设置，为了保证接触的良好和稳定，子头的连接弹珠呈环形均匀分布插拔杆的内壁上，即插拔杆的内壁上设有4个连接弹珠。这样就充分保证了插拔丝杆在升降过程中的稳定性。在保证行星轮的转动稳定方面，母头的圆柱套筒上装有连接架，行星架、插拔丝杆、丝杆螺母都固定在连接架上，这样，固定好连接架既实现了对插拔丝杆和丝杆套筒的固定夹持，同时确保了转动的稳定性。

电源供电接头要求接触性能好，接触可靠性高，抗震性好，机械性能好，接触电阻低，易操作。本电源快速连通装置的对插端子连接结构采用冠簧结构。冠簧为呈灯笼头形状、向中心轴弯曲的弹片构成，冠簧结构的点面接触方式可使对接插头的接触面积大大增加，降低接触时的压缩电阻和接触电阻，同时冠簧各弹片之间存在的间隙可以使插头产生的热量快速的散发，有效降低发热量，使大电流在传输过程中更加的稳定。冠簧的弹片结构可以保证插头对插过程中受力更加均匀，对插后端子不会发生偏移，更加稳定，抗震性能更好。本快速接通装置采用双冠簧结构，既增加了接通后的稳定性，又最大化增加了接头之间的接触面积，增加了电流负载。

电源快速连通装置的子头部分包括外层的绝缘外套和内部的金属连接插杆部分。金属插杆部分采用阶梯层级结构，上部小、底部大，这样可有效防止子头部分在往外拔的过程中，由于卡的过紧金属接插杆脱落留在母头内的情况。外层的绝缘外套的尾部采用防拔落的棘轮爪结构，拧动尾部的螺母即可收紧电缆插口。电缆安装对接时，将电缆拨开漏出金属电缆芯，将电缆芯通过接通装置子头尾部的电缆进线口，插入子头的金属连接杆的电缆插口内，拧动尾部的螺母，收紧电缆即可完成子头部分的安装。

整个电源快速连通装置的金属部分的材质采用高导电铜材质，导电率高，抗疲乏性优良。接插部分的冠簧受力点均匀，可保证产品10000次以上拔插使用寿命。装置在受到高频振动时，双冠簧的多点接触结构可有效避免端子的瞬断问题，牢固稳定。整个金属表面均采用镀银处理，拔插端子即使经过了耐久拔插后，仍然可以保持一定干涉弹性和低阻抗的特性。拔插件的冠簧结构既可以有效的进行电流分流，也可以降低端子阻抗温度，使装置在使用过程中温升更加的稳定。

电源快速连通装置的母头表面装有绝缘橡胶外套，外套的内侧为阶梯状阶层结构，底部的开口小、顶部开口大，在接通装置生产时将外套安装好后由于外套的结构特点，绝缘外套就无法拔出，这就防止了由于接头卡得太紧再往外拔时，可能存在的绝缘外套被一起拔出的情况的发生，在拔插过程中绝缘外套始终位于接通装置的母头上，保证操作人员安全，预防触电事故的发生。接通装置的子头部分同样装有绝缘护套，防止误碰到接头的金属带电体造成事故。接通装置通过绝缘护套内的金属套筒接头、冠簧紧固件、子头金属杆对接进行电源的导通工作，绝缘护套只起到保护作用[1]。

2 电源快速连通装置的安装使用

电源快速连通装置的安装分为母头部分的安装和子头部分安装。母头部分需要预先安装到母排或者引流排处。安装时先将装置的连接板深入到母排螺丝孔的背后，将整个电源快速连通装置挂在铜排或者引流排上，然后将快速接通装置的子头部分插入母头的连接圆筒内，在子头的作用下，接通装置的母头部分就不会再随旋转底座的转动而转动，然后转动母头的旋转底座，带动母头的外齿圈转动，进而带动插拔丝杆上套筒的转动，完成丝杆的下降工作。由于接通装置上外齿圈和太阳轮之间的齿轮比较大，旋转底座每转一周，太阳轮就会旋转多周，这样就实现了丝杆的快速下降，省时省力。当旋转底座拧紧，完成母头部分的固定夹持之后即可停止转动，装置安装完成。

快速连通装置的子头部分安装在应急电源车的电源输出接头处，安装比较方便。直接将电缆线剥皮，将电缆金属芯通过子头部分的电缆进线口插到连接装置的底部，转动尾部的电缆收紧螺母将电缆固定收紧即可。使用时，将电源应急车的电源输出电缆头直接插入安装在母排上装置的母头内，按住接头旋转，子头内部的连接弹簧珠就会卡紧母头上的弹簧珠凹槽，电缆接通工作完成，通电即可正常对外供电。整个电源接通工作简单、高效，接头稳定牢固，供电安全可靠，可大大提高工作效率，节省时间。

3 结语

应急供电通常是在紧急情况下采取的临时供电措施，比如电力抢修和抢险等紧急情况，需要在应急车辆到达现场后即刻完成电力的供应，然而由于各地的标准不同，现场的设备没有设置电源的应急接头，或者应急接头与电源应急车的电源输出接头不匹配，无法完成快速电源对接，这时就需要拆卸用户端母排上的螺丝进行手动安装对接，费时费力，延长了供电前的预备时间，直接影响了后续的供电工作。

本文研究的快速连通装置采用子母对插的方式，内部采用冠簧的对接方式进行接头连接，整个金属部分均为高导电铜材质，阻抗低，发热量小，表面进行镀银处理，进一步降低了接头的阻抗。装置的母头安装在用户侧的母排或者引流排上，使用时直接将应急电源车的接头插入母头，旋转卡紧即可完成电源的接通工作，使用方便，可以实现达到即可完成供电工作，节省时间和人力。装置成本低，效果好，可大大减少供电前的准备工作，为后续的抢修抢险等工作节省了宝贵的时间，具有较高的使用价值和推广价值。