多功能自動排線數(shù)顯電源盤的研制

潘 超 韓 光 童 鑫 關(guān)少卿 楊治綱

（國網(wǎng)安徽省電力公司合肥供電公司，合肥 230022）

多功能自動排線數(shù)顯電源盤的研制

潘 超 韓 光 童 鑫 關(guān)少卿 楊治綱

（國網(wǎng)安徽省電力公司合肥供電公司，合肥 230022）

電源盤作為電力企業(yè)日常檢修中最常使用的工具之一，傳統(tǒng)的電源盤存在工作效率低下、配套性差及無法監(jiān)視電壓、電流等問題，迫切需要一種新型電源盤。針對上述問題，多功能自動排線數(shù)顯電源盤分別設(shè)計自動排線裝置、多插頭模塊及數(shù)顯電源狀態(tài)模塊。經(jīng)過多次試應(yīng)用的統(tǒng)計，可節(jié)約三分之二的配置時間，消除了安全隱患，保證了試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，具有很高的適用性和推廣價值。

電源盤；自動排線；多插頭；數(shù)顯電源狀態(tài)

電力企業(yè)進(jìn)行檢修試驗工作時絕大多數(shù)情況都需要使用低壓交流電源，目前采用交流電源盤帶入現(xiàn)場使用，電源盤在交流電源處取電源，并放線至工作現(xiàn)場。電源盤的配置流程如圖1所示，據(jù)統(tǒng)計其中散線整理、制作插頭（插座不匹配時）及收線都花費較多時間。

圖1 電源盤配置流程

傳統(tǒng)電源盤在配置過程中存在工作效率低下、配套性差及無法監(jiān)視電源電壓、電流等問題，為解決上述問題，研制出一種新型電源盤十分必要。

1 傳統(tǒng)電源盤存在的問題

1.1 工作效率低

傳統(tǒng)電源盤收線時，通常需要兩人進(jìn)行操作，一人固定電源盤架、轉(zhuǎn)動電源盤，一人往復(fù)移動電源線，以保證電源線均勻分布在電源盤上。倘若一人收線，則需手腳并用，操作復(fù)雜，而且手握電源線容易造成手掌損傷。此外，傳統(tǒng)電源盤收線通常會出現(xiàn)散線的情況，電源線無法保證整齊緊固，在下次放線使用時，可能導(dǎo)致電源線纏繞在一起，無法順利拉出，此刻需耗費大量時間整理電源線，嚴(yán)重影響工作效率。

通過對八個變電站的日常工作中傳統(tǒng)電源盤的配置時間（不包括正常檢修工作時間）統(tǒng)計，其測量電壓、制作插頭及折算收放50m線纜所用的時間見表1。

表1 傳統(tǒng)電源盤配置時間統(tǒng)計表

根據(jù)表1統(tǒng)計結(jié)果，單次配置傳統(tǒng)電源盤的時間合計約10.025min，其中，測量電壓所需時間約為0.9min，制作插頭約需用2.75min，折算收放50m線纜約需用6.375min，折算收放50m線纜和制作插頭占時最長，共計9.125min，占總耗時的91%，是首先要解決的問題。

1.2 配套性差

另外，從表1可以看到制作插頭的極差與最大值相同，反映在流程圖1上主要是因為插座不適應(yīng)性所致。不同的工作地點，現(xiàn)場檢修電源接口也各異，通常包括不同種類的插座和接線柱，而傳統(tǒng)電源盤只固定連接一種插頭，當(dāng)插頭與現(xiàn)場檢修電源接口不相符時，就需要臨時進(jìn)行插頭的拆卸和制作，延長了工作時間。據(jù)統(tǒng)計，H市供電公司所轄的79座變電站中，有 62座變電站存在插座不匹配的情況，不匹配比例高達(dá)78.5%。

1.3 無法監(jiān)視電源電壓、電流

某些精密的儀器對電源電壓、電流有較高的要求[1]，若電壓產(chǎn)生較大波動，或者超出其輸入電壓范圍，都有會導(dǎo)致儀器數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響對被試設(shè)備進(jìn)行診斷，因此必須對電源電壓進(jìn)行監(jiān)視，若發(fā)現(xiàn)異常需及時調(diào)整電源。對95次現(xiàn)場工作進(jìn)行統(tǒng)計，因電源電壓異常造成試驗數(shù)據(jù)異常的次數(shù)達(dá)29次，數(shù)據(jù)異常比例達(dá)30.5%。

2 新型電源盤的設(shè)計與制作

2.1 設(shè)計關(guān)鍵點

電源盤具有便捷的收線操作、可適應(yīng)各種現(xiàn)場的插座以及能對電源電壓電流監(jiān)測，是研制新型電源盤的關(guān)鍵點。針對上述3項關(guān)鍵點，針對收線效果及收線操作，考慮研制自動排線裝置；針對配套性，欲研制多插頭模塊；針對監(jiān)視電壓，欲研制數(shù)顯電壓模塊，詳細(xì)情況見表2。

表2 關(guān)鍵點分析

2.2 設(shè)計方案

根據(jù)上述3個設(shè)計關(guān)鍵點，可分別解決傳統(tǒng)電源盤三項主要問題，也是本設(shè)計的特點及優(yōu)勢。由于幾項功能相對獨立，所以從組成元素的角度對方案進(jìn)行分解，以此為設(shè)計思路，即對自動排線裝置、多插頭模塊及數(shù)顯電源狀態(tài)模塊進(jìn)行進(jìn)一步分解，具體方案分解如圖2所示，并根據(jù)圖2做詳細(xì)闡述。

圖2 方案分解

1）自動排線裝置

自動排線裝置的結(jié)構(gòu)、傳動及電機的方案目標(biāo)及關(guān)鍵技術(shù)[2-3]要求見表3。

表3 自動排線裝置方案目標(biāo)及關(guān)鍵技術(shù)

能實現(xiàn)自動排線裝置的結(jié)構(gòu)主要包括凸輪結(jié)構(gòu)，即利用轉(zhuǎn)動的凸輪帶動導(dǎo)桿，使的滑塊在導(dǎo)軌上做往復(fù)運動[4]；雙齒條結(jié)構(gòu)，即利用轉(zhuǎn)動的半齒輪，使得上下兩個齒條組成的軌道做往復(fù)運動[5]及往復(fù)絲杠結(jié)構(gòu)，即利用轉(zhuǎn)動的往復(fù)絲杠，使得絲杠螺絲做往復(fù)運動[6]，從排線效果、結(jié)構(gòu)體積及經(jīng)濟性[7-8]等方面綜合考慮，采用往復(fù)絲杠，如圖3所示。

圖3 往復(fù)絲杠結(jié)構(gòu)

往復(fù)絲杠的螺紋為“8”字型結(jié)構(gòu)，其絲杠螺母沿螺紋運動，當(dāng)往復(fù)絲杠沿軸心線做勻速轉(zhuǎn)動時，其絲杠螺母可沿往復(fù)絲杠做勻速直線往返運動[9]。

自動排線裝置的傳動主要分為皮帶式、齒輪式及鏈?zhǔn)?，其中皮帶式即為兩皮帶輪通過皮帶傳動；齒輪式為通過齒輪組的咬合實現(xiàn)傳動；鏈?zhǔn)絼t是由齒輪及鏈條組成，類似于自行車的結(jié)構(gòu)，從傳動精度、使用壽命及經(jīng)濟性[10]綜合考慮采用鏈?zhǔn)絺鲃印?/p>

鑒于直流電機功能方便、調(diào)試性能良好[11]，自動排線裝置的電機采用直流電機。

2）多插頭模塊

多插頭模塊主要為了增強電源盤的適應(yīng)性，可以適應(yīng)現(xiàn)場檢修電源的常用插座及接線柱，并且安全性高、操作方便。采用分立式結(jié)構(gòu)，即分別利用多個常用國標(biāo)插頭及接線環(huán)，以適應(yīng)現(xiàn)場檢修電源。

分立式結(jié)構(gòu)安全性能高，即未使用的插頭不帶電；拓展性好，即可根據(jù)不用插座附加其他插頭；維護難度低，即只需修理損壞的插頭，其他插頭可正常使用；經(jīng)濟性好，即無需開模制造。

3）數(shù)顯電源狀態(tài)模塊

數(shù)顯電源狀態(tài)模塊主要為了監(jiān)視電源的電壓、電流狀態(tài)，保證儀器設(shè)備的正常使用，主要使用監(jiān)視電壓電流一體化電表連接在電氣回路中。

2.3 制作

1）自動排線裝置

往復(fù)絲杠主要考慮其有效長度、螺紋螺距及硬度。傳統(tǒng)50m線纜的電源盤其軸向有效收線范圍為15cm，所以將往復(fù)絲杠的螺紋有效范圍定為 15cm也同樣能滿足折算收放50m線纜的要求；又根據(jù)調(diào)研，目前通常三芯16A線纜的直徑約為12mm，所以采用15mm的螺距完全滿足要求，不至于單層線纜相互擠壓，又不顯得松散；綜合考慮往復(fù)絲杠的受力，將往復(fù)絲杠的直徑定為 20mm，材質(zhì)選用不銹鋼，可使得往復(fù)絲杠在收線過程中不至于變形斷裂。螺紋寬度、深度等圖4中參數(shù)只要與絲杠螺母配套即可，無特殊要求。

圖4 往復(fù)絲杠設(shè)計圖紙

自動排線裝置的工作過程為：蓄電池為能源，以直流電機為動力，通過減速器使得電源盤轉(zhuǎn)動；應(yīng)用齒輪及鏈條組成的鏈?zhǔn)絺鲃?，電源盤帶動往復(fù)絲杠等角速度轉(zhuǎn)動；當(dāng)往復(fù)絲杠等角速度轉(zhuǎn)動時，再利用螺桿限位，使得絲杠螺母帶動線纜在電源盤軸向做往復(fù)運動，最終實現(xiàn)自動排線的功能，具體裝置如圖5所示。

2）多插頭模塊

根據(jù)對現(xiàn)場檢修電源插座的調(diào)研，確定插頭種類主要分為兩線10A、三線10A、三線16A及接線柱環(huán)。如圖6所示，電源盤端配置公頭，插頭及接線柱端配置母頭。針對工作現(xiàn)場檢修電源不同種類的插座，采用此種插拔式的航空插頭結(jié)構(gòu)易于切換，并可保證切換過程中不會破壞線纜的絕緣層。

圖5 自動排線裝置

圖6 插拔式多插頭結(jié)構(gòu)

根據(jù)相應(yīng)試驗，插拔式多插頭中各個插頭及接線柱中的地線、零線及火線兩兩之間的施加 500V電壓，測得其之間絕緣電阻均在3GΩ以上，完全滿足絕緣性能要求；航空插頭的接觸電阻約為0.8mΩ，正常持續(xù)工作不會導(dǎo)致過熱而產(chǎn)生不良情況。

3）數(shù)顯模塊

經(jīng)過對網(wǎng)絡(luò)、實體店的大量咨詢調(diào)研，發(fā)現(xiàn)市場存在符合要求的成品，運用LCD液晶屏6秒循環(huán)顯示電壓及電流，可監(jiān)視的電壓、電流范圍為 0～250V，0～10A，電壓、電流精度約為 1%，如圖 7所示。

4）整機組裝

整機組裝如圖8所示，在固定、裝配了各功能模塊的同時，為了方便搬運還配備了提手、萬向輪、手剎等附件。保證各功能模塊在搬運的過程中不發(fā)生損壞，并能實現(xiàn)相應(yīng)功能，能較好的完成自動排線、適應(yīng)多種插座及數(shù)顯電壓的功能。

圖7 數(shù)顯模塊

圖8 裝置整體結(jié)構(gòu)圖

3 效果確認(rèn)

3.1 性能效果

經(jīng)過了多次現(xiàn)場工作的試用，運行正常，性能穩(wěn)定，整體情況良好。降低了安全隱患，提高了工作效率及效果，通常配置電源盤的時間控制在3min之內(nèi)，消除了電壓測量時間、消除制作插頭的時間。經(jīng)測試，整機收線速度約為 19m/min，能適應(yīng)兩線10A、三線10A、三線16A及接線柱的插座，能較高精度的顯示0～250V的電壓，測試220V電壓、10A電流其誤差分別在1V及10mA以下。

本裝置解決了傳統(tǒng)電源盤工作效率低及插頭不匹配問題。使用本裝置收線只需一人，且操作方便，收線整齊緊固，不會出現(xiàn)電源線散線、纏繞的情況，可提高工作效果和效率；適用于絕大多數(shù)現(xiàn)場檢修電源，不必現(xiàn)場臨時制作或拆卸插頭，節(jié)約工作時間，試用時各部分耗時統(tǒng)計見表4。

本裝置解決了無法監(jiān)測電壓、電流的問題。使用本裝置可監(jiān)視電源電壓及儀器輸入電流，保證了儀器的安全性及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并且可提前判斷異常情況，保證人身、設(shè)備安全及工作順利進(jìn)行。

表4 試用時各部分耗時統(tǒng)計

3.2 經(jīng)濟效益

據(jù)統(tǒng)計，僅僅H市供電公司變電檢修室一年日常工作所使用的電源盤次數(shù)即高達(dá)約800次，應(yīng)用本裝置，每次配置電源盤的時間可減少2/3，即約節(jié)約7min。在426次工作中試用了本裝置，合計節(jié)約時間約 50h。H市地區(qū)單個變電站輸出功率約為15.1MW，電價按照0.9元/度計算，合計每小時售價約1.4萬元，即總共創(chuàng)造的經(jīng)濟效益約為70萬元，而且隨著本成果的推廣應(yīng)用，每次工作都能創(chuàng)造一定量的經(jīng)濟效益，經(jīng)濟效益持續(xù)增加。此處還不包括萬一發(fā)生人身、設(shè)備安全事故的情況，本裝置只要能避免一次人身、設(shè)備安全事故的發(fā)生，其所帶來的經(jīng)濟效益就是無法估量的。

3.3 社會效益

電力生產(chǎn)作為電力企業(yè)的主營業(yè)務(wù)之一，始終將安全放在首要位置。本裝置采用插拔式的多插頭，可以適應(yīng)所有檢修現(xiàn)場電源插座（包括接線柱），省去了現(xiàn)場制作插頭的過程，避免了因頻繁拆解插頭造成的線纜絕緣層損壞，降低了工作人員的觸電風(fēng)險。其次，本裝置具有監(jiān)視電源電壓、電流的功能，可以提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障等異常情況，降低工作人員、設(shè)備的安全風(fēng)險。

在保證安全的同時，本裝置中自動排線及多插頭的功能提高了工作效率，提升了工作效果，使收線整齊緊固，并且由于本裝置可以監(jiān)視電源狀態(tài)，為那些對電源狀態(tài)要求較高的儀器設(shè)備提供了保障，使得儀器數(shù)據(jù)更加可靠，保證了工作質(zhì)量。

4 結(jié)論

多功能自動排線數(shù)顯電源盤使用安全、便捷，降低了現(xiàn)場工作人員的安全風(fēng)險，提高了工作效率及效果，具有較高的應(yīng)用價值；可替代傳統(tǒng)電源盤，不僅可供電力行業(yè)使用，而且適用于所有無特殊要求的用電場合，應(yīng)用范圍廣泛；本裝置屬于國內(nèi)首創(chuàng)，已申報發(fā)明專利及實用新型發(fā)明專利申請各一項，并且編寫相應(yīng)的《多功能自動排線數(shù)顯電源盤的使用說明書》、《多功能自動排線數(shù)顯電源盤的試驗流程》、《多功能自動排線數(shù)顯電源盤的注意事項及危險點》等資料。由于本裝置具有很高的實用性，切實解決了迫切的實際問題，具備廣闊的推廣前景。

[1]江宇明, 吳瑞文, 朱亮, 等.電源盤存在的問題及多功能便攜式試驗電源箱的研發(fā)[J].電工技術(shù), 2013, 11(11): 19, 42.

[2]張策.機械原理與機械設(shè)計(上冊)[M].北京: 機械工業(yè)出版社, 2011.

[3]高志.機械原理[M].上海: 華東理工大學(xué)出版社, 2011.

[4]黃清海.凸輪—連桿組合機構(gòu)的分析與綜合[D].福州: 福州大學(xué), 2006.

[5]孫崗存, 袁麗.雙齒條驅(qū)動交換臺站的設(shè)計[J].制造技術(shù)與機床, 2011, 12(12): 207-209.

[6]楊楠.高速往復(fù)絲杠副設(shè)計中的問題及解決方法[J].紡織機械, 2007, 5(5): 45-47.

[7]李川渠, 張俊俊, 王基生.往復(fù)絲杠溝槽正弦過渡曲線的設(shè)計與仿真[J].機械設(shè)計與制造, 2015, 2(2): 181-184.

[8]葛正浩, 蔡小霞, 楊芙蓮, 等.凸輪連桿機構(gòu)的精度分析與綜合[J].中國制造業(yè)信息化, 2003, 32(2): 112-113.

[9]聞邦椿.機械設(shè)計手冊[M].北京: 機械工業(yè)出版社, 2010.

[10]張建明.精密機械傳動鏈動態(tài)傳動精度檢測分析系統(tǒng)的研制[D].南京: 南京理工大學(xué), 2007.

[11]閻治安, 崔新藝, 蘇少平.電機學(xué)[M].西安: 西安交通大學(xué)出版社, 2008.

Development of Power Panel with Multifunctional Automate Traversing Gear and Digital Readout

Pan Chao Han Guang Tong Xin Guang Shaoqing Yang Zhigang
(Heifei Power Supply Company, Anhui Provincial Electric Power Company, Hefei 230022)

Power panel is one of the most common tools in electrical equipment maintenance.There are serious problems of the traditional power panel, such as the low working efficiency, bad match and unable to monitor voltage or current of source, so it is imperative that a kind of new power panel.To the questions, the new power panel is designed with automate traversing gear, many plugs and digital readout of voltage and current.According to probation statistics, it can save two-thirds of the time, eliminate the security risks, guarantee the accuracy of the data, has common applicability and value to popularize.

power panel; automate traversing gear; many plugs; digital readout of voltage and current

潘 超（1988-），男，安徽蕪湖人，碩士，電氣試驗員，從事高電壓試驗技術(shù)研究。