一种电源倒闸实验平台

技术领域

本发明涉及一种实验平台，尤其是一种电源倒闸实验平台。

背景技术

在电力系统设备的检查和维修中，由于系统故障、检修安全要求等，需要使得系统设备改变运行状态，因此线路与变电所的倒闸操作成为了系统运行和监控人员工作的极为重要的工作。

目前，倒闸操作在电力系统中的已经是一项非常成熟的技术，但是由于设备昂贵、结构复杂等原因，用于实训教学的资源十分有限，导致了学生和相关培训人员对倒闸操作无法更加深入的了解与学习。

倒闸操作是一项改变电气设备运行状态的工作，是一种供电系统运行常见的操作，也是进行设备检修、确保系统持续性供电、提高电力系统稳定性的关键操作之一。操作必须按照电力系统设备的特点和要求按序操作，且顺序有严格的要求，稍有疏忽或操作顺序不当，就会造成严重甚至不可挽回的事故，因此倒闸操作是非常有必要。作为轨道专业的学生和新入职的员工应该非常熟悉变电所的倒闸作业操作，以便进行设备的维护、检修，甚至当设备出现故障问题时进行现场倒闸，保证地铁始终带电，正常运行。

倒闸是通过操作隔离开关、断路器以及挂接地线和拆接地线将电气设备从一种状态转变成另一种状态或使系统改变了运行方式。倒闸过程一旦失误，将带了恶劣的事故，后果极其严重，不仅能够损坏变电所内设备，还能够影响到整个电网的稳定运行。

倒闸操作是一项既复杂又繁重的任务,有时操作项目多达几十项,一旦出现误操作，轻则导致设备损坏，小范围停电，严重的话可能会造成人员伤亡，甚至系统瓦解。因此要求操作人员具有很强的工作经验，但操作人员在受环境、情绪和健康因素的影响下，难免会出错，有时遇上紧急情况或需要频繁操作时，发生错误的几率更是大大增加。为了避免误操作的发生，供电部门严格规定了操作规程，制定了标准的操作顺序。全国各地也设计、制造了多种闭锁装置防止误操作，例如机械式、电磁式互锁。尽管如此，仍然避免不了误操作的发生。目前我国规定了电气操作票制度是供电系统运行管理中一套最可靠有效的安全措施。它使供电系统能够安全可靠运行，并且使倒闸操作更加安全。

为了帮助轨道专业的学生和新入职的员工更好的熟悉变电所的倒闸作业操作，用人单位需要对他们进行岗前教育和电气操作培训，但是作为变电站大脑的系统监控设备，由于担心误操作而带来地铁的运行故障，是不允许给新员工(尤其是实习学生)学习使用的，新员工和在校学生的培训只能通过老员工的“传帮带”或者教师照片、文字来学习，使得对实际设备的认知实习教学效果大打折扣，达不到预期的教学要求。

发明内容

发明目的：提供一种电源倒闸实验平台，能够便于进行电源切换模拟教学，提高教学效率，达到预期的教学要求。

技术方案：本发明所述的电源倒闸实验平台，包括平台底板、三根横向轨道、电源盒、开关电源、PLC控制器、至少一个控制开关、至少一个继电器以及四个弹性挤压机构；

三根横向轨道横向固定安装在平台底板的上侧面上，并在三根横向轨道上均横向设置有T形滑槽；电源盒固定安装在平台底板的左侧边上，并在电源盒内设置有熔断器和漏电保护器；在电源盒上安装有电源插头，且电源插头的电连接线缆与开关电源的电源输入端电连接；熔断器和漏电保护器串接在电源插头的电连接线缆上；在开关电源、PLC控制器、各个控制开关以及各个继电器的底部均设置有一个T形凸块；开关电源、PLC控制器、各个控制开关以及各个继电器通过底部的T形凸块安装在相应的横向轨道的T形滑槽上；在平台底板上且靠近开关电源的电源输出接线端以及PLC控制器的引脚接线端处均对应设置有电连接插座；在平台底板的前侧边设置有线缆放置盒；在线缆放置盒内放置有各个接插线缆以及各个接线端线缆；在接插线缆的两端均电连接设置有一个电连接插头；四个弹性挤压机构均滑动式安装在平台底板上，且分别靠近各个控制开关的接线端以及各个继电器的接线端处；弹性挤压机构分布设置有各个弹性挤压头；开关电源的电源输出接线端以及PLC控制器的引脚接线端通过接线端线缆分别与对应位置处的各个电连接插座电连接；电连接插头用于插装在对应的电连接插座上或弹性挤压头上，且插装在弹性挤压头上时，由弹性挤压头推动电连接插头按压在控制开关的接线端或继电器的接线端上。

进一步的，弹性挤压机构包括条形按压板、两根按压调节螺栓以及两个升降支撑杆；在平台底板上且靠近控制开关的接线端以及继电器的接线端处均设置有T形滑槽；在条形按压板的两端均设置有向下翻折的翻折板，并在翻折板上设置有导向滑块；在条形按压板的两端均固定设置有一个调节座；两根按压调节螺栓分别贯穿式螺纹旋合安装在两个调节座上，且两根按压调节螺栓的下端分别旋转式安装在两个升降支撑杆的上端上；两个升降支撑杆的下端通过滑移块滑动式安装在对应位置处的T形滑槽内；在翻折板上竖向设置有导向滑槽，导向滑块滑动式嵌入导向滑槽内；弹性挤压头分布设置在条形按压板上，并在条形按压板平移滑动后各个弹性挤压头分别位于对应位置处的接线端上方。

进一步的，弹性挤压头包括插装套管、四根弹性挤压条以及四根挤压弹簧；插装套管贯穿式固定安装在条形按压板上；四根弹性挤压条固定安装在插装套管的管内壁上，且弹性挤压条的上部弯折凸起；四根挤压弹簧均固定安装在插装套管的管内壁上，且分别弹性支撑在四根弹性挤压条弯折凸起处的内侧。

进一步的，在四根弹性挤压条的中部均设置有一个三角形的弹性挤压块。

进一步的，电连接插座包括螺杆段、金属圆盘以及四根弹性导电杆；金属圆盘的下侧面固定设置于螺杆段的端部上；四根弹性导电杆固定安装在金属圆盘的上侧面边缘上，且位于同一圆周的四等分点处；四根弹性导电杆的上端均向内侧倾斜，且弹性导电杆的上端面设置为便于电连接插头插入的倾斜坡面；在金属圆盘的上侧面中心处设置有十字形凹槽；螺杆段螺纹旋合安装在平台底板上，金属圆盘的下侧面用于按压在接线端线缆上实现导电连接。

进一步的，电连接插头包括导电金属杆和绝缘把手套管；绝缘把手套管固定套设在导电金属杆的端部上，并在绝缘把手套管的外壁上设置有防滑凸圈；在导电金属杆的中部设置有挤压增粗段，且挤压增粗段上靠近导电金属杆插入端的端部边缘设置为插入挤压圆锥面，挤压增粗段的另一端部边缘设置为弹性挤压圆锥面。

进一步的，在四根弹性导电杆的上端外侧均设置有卡扣凸齿；四根弹性导电杆的上端贯穿设置于一个弹性收缩环内，使得四根弹性导电杆的上端向内侧弹性倾斜，且四个卡扣凸齿对弹性收缩环进行限位阻挡。

进一步的，金属圆盘的上侧面设置为圆弧面凸起；导电金属杆的插入端面设置为与圆弧面凸起相配合的圆弧凹面；在四根弹性导电杆的中部内侧面上均设置有一个用于挤压弹性挤压圆锥面的三角挤压块。

进一步的，在各个相邻电连接插座之间均设置有绝缘隔板；各个继电器均设置有状态指示灯。

进一步的，在三根横向轨道的T形滑槽上均滑动式安装有各个定位滑块，并在各个定位滑块上均螺纹旋合安装有一根定位螺栓，且定位螺栓的螺杆端部按压在T形滑槽的槽底部上；在平台底板的下侧面四个顶角处均固定设置有一个支撑底脚。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：利用在三根横向轨道上安装相应的控制开关和继电器，从而根据模拟需要满足多种模拟方案的实施；利用电连接插头与电连接插座的接触式电连接，能够便于用户快速进行电路搭建，提高模拟训练的效率；利用滑动式安装的弹性挤压机构能够在滑移后便于沿横向轨道进行增加或减少控制开关和继电器；利用弹性挤压头能够便于推动电连接插头按压在控制开关的接线端或继电器的接线端上，实现导电连接。

附图说明

图1为本发明的实验平台俯视结构示意图；

图2为本发明的电连接插座与电连接插头插装结构示意图；

图3为本发明的电连接插头结构示意图；

图4为本发明的弹性挤压头结构示意图；

图5为本发明的弹性挤压机构结构示意图；

图6为本发明的实施例桥型结构接线图；

图7为本发明的模拟平台接线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：

如图1-3所示，本发明公开的电源倒闸实验平台包括：平台底板1、三根横向轨道2、电源盒4、开关电源6、PLC控制器12、至少一个控制开关7、至少一个继电器26以及四个弹性挤压机构；

三根横向轨道2横向固定安装在平台底板1的上侧面上，并在三根横向轨道2上均横向设置有T形滑槽3；电源盒4固定安装在平台底板1的左侧边上，并在电源盒4内设置有熔断器和漏电保护器；在电源盒4上安装有电源插头5，且电源插头5的电连接线缆与开关电源6的电源输入端电连接；熔断器和漏电保护器串接在电源插头5的电连接线缆上；在开关电源6、PLC控制器12、各个控制开关7以及各个继电器26的底部均设置有一个T形凸块；开关电源6、PLC控制器12、各个控制开关7以及各个继电器26通过底部的T形凸块安装在相应的横向轨道2的T形滑槽3上；在平台底板1上且靠近开关电源6的电源输出接线端以及PLC控制器12的引脚接线端处均对应设置有电连接插座8；在平台底板1的前侧边设置有线缆放置盒24；在线缆放置盒24内放置有各个接插线缆25以及各个接线端线缆45；在接插线缆25的两端均电连接设置有一个电连接插头28；四个弹性挤压机构均滑动式安装在平台底板1上，且分别靠近各个控制开关7的接线端以及各个继电器26的接线端处；弹性挤压机构分布设置有各个弹性挤压头；开关电源6的电源输出接线端以及PLC控制器12的引脚接线端通过接线端线缆45分别与对应位置处的各个电连接插座8电连接；电连接插头28用于插装在对应的电连接插座8上或弹性挤压头上，且插装在弹性挤压头上时，由弹性挤压头推动电连接插头28按压在控制开关7的接线端或继电器26的接线端上。

利用在三根横向轨道2上安装相应的控制开关7和继电器26，从而根据模拟需要满足多种模拟方案的实施；利用电连接插头28与电连接插座8的接触式电连接，能够便于用户快速进行电路搭建，提高模拟训练的效率；利用滑动式安装的弹性挤压机构能够在滑移后便于沿横向轨道2进行增加或减少控制开关7和继电器26；利用弹性挤压头能够便于推动电连接插头28按压在控制开关7的接线端或继电器26的接线端上，实现导电连接。

如图5所示，进一步的，弹性挤压机构包括条形按压板13、两根按压调节螺栓18以及两个升降支撑杆17；在平台底板1上且靠近控制开关7的接线端以及继电器26的接线端处均设置有T形滑槽19；在条形按压板13的两端均设置有向下翻折的翻折板22，并在翻折板22上设置有导向滑块23；在条形按压板13的两端均固定设置有一个调节座16；两根按压调节螺栓18分别贯穿式螺纹旋合安装在两个调节座16上，且两根按压调节螺栓18的下端分别旋转式安装在两个升降支撑杆17的上端上；两个升降支撑杆17的下端通过滑移块20滑动式安装在对应位置处的T形滑槽19内；在翻折板22上竖向设置有导向滑槽，导向滑块23滑动式嵌入导向滑槽内；弹性挤压头分布设置在条形按压板13上，并在条形按压板13平移滑动后各个弹性挤压头分别位于对应位置处的接线端上方。利用T形滑槽19与导向滑块23的滑动配合安装，能够在增加或减少控制开关7和继电器26时拉动弹性挤压机构远离，从而方便沿横向轨道2进行拆装；利用导向滑块23与导向滑槽的滑动配合，能够在升降调节时起到导向的作用，确保升降调节的稳定性；利用按压调节螺栓18、调节座16以及升降支撑杆17的配合，能够实现升降调节，从而在插装好各个电连接插头28后进行整体升降调节，确保电连接插头28与接线端之间的弹性按压力度，满足导电要求。

如图4所示，进一步的，弹性挤压头包括插装套管44、四根弹性挤压条41以及四根挤压弹簧42；插装套管44贯穿式固定安装在条形按压板13上；四根弹性挤压条41固定安装在插装套管44的管内壁上，且弹性挤压条41的上部弯折凸起；四根挤压弹簧42均固定安装在插装套管44的管内壁上，且分别弹性支撑在四根弹性挤压条41弯折凸起处的内侧。利用四根挤压弹簧42能够增强弹性挤压条41上部的弯折凸起力度，确保四根弹性挤压条41的弹性夹持力。

进一步的，在四根弹性挤压条41的中部均设置有一个三角形的弹性挤压块43。利用弹性挤压块43与弹性挤压圆锥面38的挤压配合，能够实现导电金属杆37的轴向弹性挤压，使得导电金属杆37与接线端实现稳定的导电接触。

进一步的，电连接插座8包括螺杆段29、金属圆盘30以及四根弹性导电杆31；金属圆盘30的下侧面固定设置于螺杆段29的端部上；四根弹性导电杆31固定安装在金属圆盘30的上侧面边缘上，且位于同一圆周的四等分点处；四根弹性导电杆31的上端均向内侧倾斜，且弹性导电杆31的上端面设置为便于电连接插头28插入的倾斜坡面；在金属圆盘30的上侧面中心处设置有十字形凹槽41；螺杆段29螺纹旋合安装在平台底板1上，金属圆盘30的下侧面用于按压在接线端线缆43上实现导电连接。利用螺杆段29能够便于螺纹旋合安装在平台底板1上，安装和拆卸接线端线缆43都比较方便；利用十字形凹槽41能够通过现有的工具来安装螺杆段29；利用四根弹性杆31向内侧倾斜，从而对插入的电连接插头28进行弹性夹持，实现导电连接。

进一步的，电连接插头28包括导电金属杆37和绝缘把手套管35；绝缘把手套管35固定套设在导电金属杆37的端部上，并在绝缘把手套管35的外壁上设置有防滑凸圈36；在导电金属杆37的中部设置有挤压增粗段，且挤压增粗段上靠近导电金属杆37插入端的端部边缘设置为插入挤压圆锥面39，挤压增粗段的另一端部边缘设置为弹性挤压圆锥面38。利用弹性挤压圆锥面38能够在导电金属杆37插入后，便于四根倾斜的弹性杆31对弹性挤压圆锥面38进行挤压，实现轴向的挤压力，确保导电金属杆37与金属圆盘30导电接触紧密；利用插入挤压圆锥面39能够便于导电金属杆37插入四根弹性杆31之间的夹持空间内；利用绝缘把手套管35以及防滑凸圈36能够便于接插导电金属杆37。

进一步的，在四根弹性导电杆31的上端外侧均设置有卡扣凸齿32；四根弹性导电杆31的上端贯穿设置于一个弹性收缩环33内，使得四根弹性导电杆31的上端向内侧弹性倾斜，且四个卡扣凸齿32对弹性收缩环33进行限位阻挡。利用弹性收缩环33能力加强四根弹性杆31上端的弹性夹持力度，从而确保导电的可靠性；利用卡扣凸齿32能够防止弹性收缩环33从弹性导电杆31的上端脱离。

进一步的，金属圆盘30的上侧面设置为圆弧面凸起；导电金属杆37的插入端面设置为与圆弧面凸起相配合的圆弧凹面40；在四根弹性导电杆31的中部内侧面上均设置有一个用于挤压弹性挤压圆锥面38的三角挤压块34。利用圆弧面凸起与圆弧凹面40的贴紧配合，能够增大接触面积，增强导电性能；利用三角挤压块34与弹性挤压圆锥面38的挤压配合，能够实现导电金属杆37的轴向弹性挤压，使得导电金属杆37与金属圆盘30实现稳定的导电接触。

进一步的，在各个相邻电连接插座8之间均设置有绝缘隔板9；各个继电器26均设置有状态指示灯27。利用状态指示灯27能够在模拟时便于观察继电器26的当前状态。

进一步的，在三根横向轨道2的T形滑槽3上均滑动式安装有各个定位滑块10，并在各个定位滑块10上均螺纹旋合安装有一根定位螺栓11，且定位螺栓11的螺杆端部按压在T形滑槽3的槽底部上；在平台底板1的下侧面四个顶角处均固定设置有一个支撑底脚21。利用定位滑块10和定位螺栓11能够实现对横向轨道2上电气设备进行夹持定位。

如图6所示，为某个地铁站的高压进线主拓扑采用的桥型结构接线图，其中各个开关设备的含义如表1所示。

表1

进行模拟的运行流程以系统正常运行、部分设备故障为例进行模拟，具体如下：

(1)模拟设备正常运行

本运行工况S1、S2无故障，除接地刀闸0015和0025、断路器003处于断开状态外，其余开关、断路器均处于合闸状态。此时线路#1和#2分列运行。

(2)模拟设备正常倒闸运行

在本运行过程中线路S1出现故障，S2无故障，为了系统可靠运行，变电所两条出线均由S2提供，此时断路器001断开，003闭合，同时将隔离开关0011、0012断开。

(3)模拟断路取001故障

S1上隔离开关0011、0012以及0013正常，接地开关0015正常，S2所有设备正常。断开001断路器，闭合断路器003，断开隔离开关0012，闭合接地开关0015，确保接地完全后，修复断路器001。修复完成后断开接地开关0015，依次闭合隔离开关0011、0012和断路器001，然后断开断路器003，从而实现了对断路器001故障的检修复合。

(4)模拟隔离开关0011故障

S1对侧变电所停电，S1上断路器001正常，隔离开关0012和0013正常，S2所有设备正常。闭合断路器003，断开断路器001，修复隔离开关0011前需要确保0011开关前后的接地完好。修复完成后取消接地线路，闭合0011，闭合断路器001，断开断路取003，从而实现了对隔离开关0011故障的检修复合。此时线路变压器的电源全部由#2线路提供，可以看出此时#1、#2线路实现了互为备用，提高了供电的可靠性。

(5)模拟隔离开关0012故障

S1上隔离开关0011和0013正常，断路器001正常，接地开关0015正常，S2所有设备正常。闭合断路器003，断开断路器001，闭合接地开关0015，修复隔离开关0012，断开接地开关0015，闭合断路器001，断开断路器003，从而实现了对隔离开关0012故障的检修复合1。

(6)模拟隔离开关0013故障

S1对侧变电所停电，S1上断路器001正常，隔离开关0011和0012正常，接地开关0015正常，S2所有设备正常。闭合断路器003，断开隔离开关0012，修复隔离开关0013，闭合隔离开关0012，断开断路器003，从而实现了对隔离开关0013故障的检修复合。

(7)模拟隔离开关0021故障

S2对侧变电所停电，S2上断路器002正常，隔离开关0022和0023正常，S1所有设备正常。闭合断路器003，断开断路器002，修复隔离开关0021，闭合断路器002，断开断路取003，从而实现了对隔离开关0021故障的检修复合。

(8)模拟断路取002故障

S2上隔离开关0021、0022以及0023正常，接地开关0025正常，S1所有设备正常。闭合断路器003，断开隔离开关0022，闭合接地开关0025，修复断路器002，断开接地开关0025，闭合隔离开关0022，断开断路器003，从而实现了对断路器002故障的检修复合。

(9)模拟隔离开关0022故障

S2上隔离开关0021和0023正常，断路器002正常，接地开关0025正常，S1所有设备正常。闭合断路器003，断开断路器002，闭合接地开关0025，修复隔离开关0022，断开接地开关0025，闭合断路器002，断开断路器003，从而实现了对隔离开关0022故障的检修复合。

(10)模拟隔离开关0023故障

S2对侧变电所停电，S2上断路器002正常，隔离开关0021和0022正常，接地开关0025正常，S1所有设备正常。闭合断路器003，断开隔离开关0022，修复隔离开关0023，闭合隔离开关0022，断开断路器003，从而实现了对隔离开关0023故障的检修复合。

如图7所示，PLC控制器12采用FX2N-128-MR型号的PLC控制器；控制开关7共设置有六个，采用设置有控制按钮的控制开关；继电器26共设置有十三个，采用带有状态指示灯27的继电器。模拟系统一次系统器件和功能对照如表2所示。利用各个接插线缆25以及各个接线端线缆43将PLC控制器12、六个控制开关7以及十三个继电器26电连接构成如图6所示的电路图，控制开关7用于模拟控制室的控制开关，继电器26用于模拟断路器、隔离开关和接地开关。

表2

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。