10 kV 双断口跌落式熔断器设计

2022-07-09张旭锋夏正阳

甘肃科技 2022年3期

张旭锋，夏正阳

（1.甘肃电器科学研究院，甘肃天水 741018）

（2.国家管网集团北方管道有限责任公司沈阳检测技术分公司，辽宁沈阳 110000）

随着我国电力技术的飞速发展，配电设备不断的技术更新，跌落式熔断器在配电中的运用也越来越广泛，尤其在10 kV 电力系统中，作为电力变压器的过载、短路保护和额定电流的合分闸操作，对跌落式熔断器的技术要求也越来越高。而且目前电网所使用的跌落式熔断器都没有远程监测功能，不能实时监测出跌落式熔断器的工作状态，大大增加了检修人员的工作难度。为了增加熔断器的开断性能,适应未来电气物联发展趋势，设计出一种新型可靠的跌落式熔断器是必要的。10 kV 双断口跌落式熔断器，在线路发生故障时，不仅比普通的跌落式熔断器开断更加可靠，而且具备远程监测功能，大大减少了检修时间和检修人员的危险系数，从而提高了检修人员的工作效率。

1 普通跌落式熔断器介绍

普通跌落式熔断器基本构造由绝缘子、触头组、熔管组、导向支架组成，如图1 所示。

图1 普通跌落式熔断器

普通跌落式熔断器在变压器空载和负载情况下能够正常进行合分，当配电线路的投切在配电变压器超负荷工作或者短路的情况下,普通跌落式熔断器会出现动作不可靠，甚至出现熔管炸裂的现象。根据试验结果和现场工程应用分析主要有以下几个缺点：

（1）熔断件和熔断器不匹配，在小电流开断后不能有足够的热累积效应；

（2）在不同电流下电流的弧前时间不能满足系统要求的开断时间限制；

（3）在短路开断的情况下，由于熔管材料问题，发生熔管炸裂，对其他用电器产生损坏；

（4）在开断过程中，熔丝一直拉弧，不能及时地开断回路；

（5）劣质产品发生异常温升，引起误动作[1]。

目前国内的12 kV 跌落式熔断器的最大额定电流为200 A、最大开断电流一般为16 kA，大大限制了其适用范围，所以跌落式熔断器新技术的设计更加有必要。

2 双断口跌落式熔断器

双断口跌落式熔断器由绝缘柱、真空泡、熔断器、传动机构、触头、熔管组、进线接线柱、出线接线柱、绝缘柱、远程通讯模块等组成，如图2 所示。

图2 双断口跌落式熔断器

设备在正常工况运行时熔断器双断口都闭合。当线路发生故障时，熔丝烧断，机械传动机构动作，机械传动机构给真空泡分闸信号，真空泡断开，从而达到了双断口开断短路电流的能力。由于熔管组跌落，触点检测模块给远程通讯模块一个分闸信号，远程通讯模块将此信号传送给主控室物联监测平台，从而能更快、更迅速地通知专业检修人员进行故障排除。当故障排除完毕之后，检修人员应更换新的熔丝，然后再远程对真空泡进行合闸，设备检修完毕，系统正常运行。

（1）真空泡和熔管组：普通的跌落式熔断器只有一个断口，即熔断器在热效应积累导致熔丝熔断的断口，在实际运用过程中，有可能存在不能正常分断的情况，当再多一个断口时，它相当于在回路中增加了一个可开断大电流开关设备，可以使开断更加的可靠[2]。本设计中在跌落式熔断器靠近电源侧加了一个真空泡，为了使熔断器和真空泡能够同时断开或者断开时差满足要求，设计的机械传动机构能够在熔丝动作的一瞬间将一个应力传送至真空泡，从而使真空泡及时开断。

在跌落式熔断器方面双断口本身是一种创新，而且可以在线路产生故障时能够更加可靠的断开，大大减少了经济损失，更加可靠的保障电网的正常运行。双断口的在开断过程中可以减少燃弧时间，从而减小了开断时间，防止了爆炸的产生和用电设备的损坏。而且满足了GB/T 15166.3—2008 中方式1～5 对瞬态恢复电压、功率因数、相对于电压零角度的合闸相角、开断电路后工频恢复电压的持续时间等参数的要求。

（2）远程通讯模块：主要由发射器、接收器和控制器组成。集成了QCA9531、QCA988 双芯片的ac AP/Router、双频WIFI 模块、SKW100 模块，还集成了双核MIPS CPU（650MHz）、5×10/100 Mbps 速度的以太网，支持USB2.0UART 接口。SKW100 集成了2.4 GHz 2×2 MIMO WLAN 芯片，内置PA 和LAN，它支持2.4 GHz 运行，分别支持20 MHz 和40 MHz 信道。

由于我国电力行业飞速发展和5G 时代的来临，为了实时监测电网中的各种设备的运行状态，各种开关设备具备远程通讯功能是一种趋势。双断口跌落式熔断器增加了远程通讯功能，通过触点监测机构连接一个常开触点，当熔断器正常运行时，常开触点对远程通讯模块一个低电平，主控室物联监测平台显示熔断器正常工作，处于合闸状态。当熔断器断开时，常开触点闭合，给远程通讯模块一个高电平信号，从而主控室物联检测平台显示熔断器已断开。对于真空泡不仅可以进行远程的状态监测，而且还可以进行远程合分闸控制。

3 性能比较

对于跌落式熔断器必须根据GB/T 15166.3—2008 的要求进行型式试验，满足正常运行的条件或者特殊规定技术条件（短路情况）下的试验[3]。对普通跌落式熔断器和双断口跌落式熔断器选用相同规格的熔丝进行相同的预期试验电流进行试验。按照标准要求进行了方式1～5 试验，以下只对预期试验电流16 kA 时的方式1 进行对比，如图3、图4 所示。

图3 普通熔断器开断示波图

图4 双断口熔断器开断示波图

根据GB/T15166.3—2008 的要求对两组不同的跌落式熔断器进行数据分析：

（1）两种类型的熔断器都能满足试验TRV 要求；

（2）普通熔断器的通流时间为11.3 ms，双端口熔断器的通流时间为9.9 ms；

（3）普通熔断器的燃弧时间为8.2 ms，双断口熔断器的燃弧时间为3.2 ms。

在实际配电过程中，熔断器在短路开断时的通流时间和燃弧时间越短，意味着其开断能力越强。在发生短路的情况下，当通流时间过长时，熔断器起不到保护作用，从而会烧毁电网中的其他设备，当燃弧时间太长时，会造成熔断器底座爆炸，引起周围配电设备损坏，造成重大的电气事故和经济损失。故双断口熔断器相对于普通熔断器在短路开断能力方面有着绝对的优势[4]。

4 技术应用

普通跌落式熔断器的检修操作不允许带负荷操作，只允许空载情况下操作。在拉闸操作时，由于配电变压器在三相转换成两相运行时，分开中间相产生的电弧火花最小，其次是拉断背风边相，由于中间相已被断开，两边相的距离增加，即便有过电压产生，造成相间短路的可能性小。最后拉断迎风边相时，仅有对地的电容电流，产生的电火花则已很轻微。所以跌落式熔断器一般先拉中间相，再拉背风相侧，最后拉迎风相侧。在合闸操作时，正好与拉闸操作相反[5]。

双断口熔断器由于真空泡断口在电源侧，熔断器在负荷侧。在熔断器拉闸操作之前，先断开电源侧的真空泡，再拉开熔断器。由于在电源侧已经存在断口，所以在拉开熔断器的时候不存在先后顺序。在熔断器合闸操作时，由于电源侧真空泡断口断开，所以合闸熔断器也没有先后次序之分，然后对真空泡进行远控合闸，达到送电的目的。

综上所述，双断口熔断器不仅在合、分闸操作上程序简单，而且对于检修人员更加安全可靠，大大降低了在操作过程中的风险。