封闭型喷射式熔断器替代跌落式熔断器的可行性分析

洪伟聪HONG Wei-cong

（坦帕（福建）电气有限公司，泉州 362000）

在10kV配电网线路上，高压电通过熔断器的进线侧，再从熔断器的低压侧接入变压器的进线侧，而熔断器内部安装有高压熔丝，不仅对变压器起到保护的作用，而且在对变压器进行检修的时候，可以操作熔断器，使得熔断器分闸，从而使变压器断电，检修人员可以对变压器进行检修。但是这样也出现了一些问题，由于在电网上使用的熔断器大部分均是跌落式熔断器，使用令克棒便可以操作熔断器的分合闸，故也常发生变压器被盗的现象。例如2021年5月湘西花垣县公安局破获了一起盗窃变压器铜丝案，犯罪团伙一年内偷了40对台变压器；2022年1月四川眉山东坡区公安局也破获了一起盗窃变压器案，犯罪团伙一个月内盗窃了7台变压器。盗窃变压器的事件时有发生，所以跌落式熔断器的弊端暴露得很明显。

电网线路中常见的跌落式熔断器还有一个常见的问题，跌落式熔断器的接线端以及接触点都是直接暴露在空气中，这样也会有一个问题，高压的接线端没有防护和绝缘，跌落式熔断器在长期的运行中，接线端有可能会被灰尘杂质覆盖，甚至被腐蚀，这样会严重影响线路电流的输送。还有跌落式熔断器的上下接触点也是长期暴露在空气中，由于跌落式熔断器结构的特点，上下触点的接触基本属于点接触，虽然接触点的表面均有镀银或者镀锡（存量的跌落式熔断器有一部分是导电板没有进行热镀处理，直接铜对铜接触），但是时间久了，灰尘和杂质更容易破坏触点之间的接触性，加上上下触点均长期处于弹簧以及弹性压板的压力作用下，加上环境的作用，更易破坏跌落式熔断器的接触性能，会大大增大其电阻值，使得其接触性降低，轻则影响线路的稳定，重则若接触性降低很多，在线路发生故障电流的时候没有能够及时熔断熔丝，使熔断器断开，则故障电流将会对变压器产生影响，从而影响到用户侧的用电。

跌落式熔断器主要是保护变压器，切断线路上出现的故障电流，从而保护变压器的正常运行，但是对于故障电流无法进行监测，属于变压器高压侧的检测盲区。据统计用户分界点占配网故障比例高达70%左右，是故障高发区，而传统的跌落式熔断器对以后升级改造成能检测故障的智能型的熔断器也存在技术壁垒，实现的难度很大。

综上所述，是否有一种全新的熔断器替代传统的跌落式熔断器来解决以上的问题点，从而更好的保护变压器，使电网更加安全可靠得运行。

封闭型喷射式熔断器最大的一个特点是操作熔丝管试熔断器处于导通状态或者断开状态以及把熔丝管拆卸下来更换熔丝都必须用专用操作棒来操作。传统的跌落式熔断器上接触端有一个上熔断管套的零件，上熔断套往外设计有一个圆形的操作拉环，操作人员只要采用头部为T型结构的令克棒插入拉环，用力向外拉动，变可试跌落式熔断器分闸，从而断开电流的输送。而封闭型喷射式熔断器是把下接触点的接触环设计成是触点也是操作点，接触环上端和封闭型喷射熔断器绝缘子内部的下触头卡接触，而接触环的下端设计成椭圆形的柱形机构，而专用操作棒的操作头也是设计成椭圆形的结构，内部设计有一个比外部大一些的梯形结构，并装有弹簧。操作时，把专用操作棒旋入令克棒的螺牙内（常规的令克棒由五六节通过螺牙组装而成，正常头部为带T型的结构，可用于操作跌落式熔断器、隔离开关或者柱上真空断路器，头部那节取下来后，便可以安装专用操作棒），用力插入熔丝管组件的接触环，等接触环下端椭圆形的柱形结构完全进去专用操作棒内并压缩弹簧到一定距离的时候旋转令克棒大约90度时，熔丝筒组件便固定在专用操作棒上，此时，便可把熔丝筒送入封闭型喷射式熔断器的内部，用力一捅，试熔断器合闸，然后任意方向旋转专用操作棒大约90度，在弹簧力的作用下，专用操作棒便可自动退出接触环，从而实现分离。同样在需要取下熔丝筒时，把专用操作棒通过封闭型喷射式熔断器的密封底座插入，在感受到有阻力并用力插进去到无法向上移动时，旋转专用操作棒大约90度，并用力向下拔出，便可试熔丝筒脱离熔断器，从而使其分闸断电。这种结构的设计，可以大大避免传统跌落式熔断器容易被不法分子任意操作分闸，从而盗取变压器的事件发生，因为这种新型的熔断器必须使用专用的操作棒进行分合闸操作，这种新结构在保护整个电网的健康发展可以提供很好的帮助，如图1所示。

图1 封闭型喷射式熔断器

传统的跌落式熔断器接线端以及触点都为外露设计，长期暴露在空气中，这样不利于设备长时间的运行，而新型的封闭型喷射式熔断器则采用全新的设计，采用全封闭、全绝缘的设计，解决了传统跌落式熔断器的这种缺点，笔者从以下两点进行分析，如图2所示。

图2 新型的封闭型喷射式熔断器

第一，封闭型喷射式熔断器的上下接线采用导线引出。首先，上出线设计成锥形结构，绝缘件的上端也设计成锥形结构，这样上出线内表面涂上密封胶后从上端装进去，就能起到密封作用。由于绝缘件上端为密闭结构，上出线和上触点进行可采用螺纹的形式进行连接。由于熔丝管的上端和上触头套进行连接，而上触头套顶部焊接有熔丝，和设计有特殊结构的上触头锁进行连接，上触头锁中间加工有螺纹，这样可以把和上出线连接的上触头螺杆锁进去，在最顶端露出带有螺纹的螺杆，整根螺杆伸出到绝缘件顶端锥形结构的内部，上出线底部浇筑有内螺纹的嵌件，这样两者便可以对接了，从而实现上部出线的绝缘。其次，下出线主要接近绝缘件底端，同样下出线也是采用锥形结构，而绝缘件靠近底部的位置也设计有锥形的结构，同样下出线涂上密封胶后装入绝缘件。由于绝缘件底部的空间用来装入熔丝筒，固底部采用端子接线，用接线端子把下出线的软铜线压接好，然后固定到下接触环上，同时下出线结构的设计和上出线恰好相反，其设计有外螺纹，在接线端子锁好后，用特殊设计的方形螺母把下出线固定在绝缘件上，从而实现上下引线的固定和密封。经过试验测试，上引线可承受住20kg的承重试验，同时，下引线可以承受住每分钟10回转的旋转试验。所以这种结构在实际使用中，完全满足线路上接线拉力以及承受住各种常见环境因素的影响。

第二，传统跌落式熔断器分闸的时候采用跌落的动作，即向外弹开，从而实现分闸。而封闭型喷射式熔断器触点在绝缘件内部，由于熔断器安装后成竖直状态，内部中空部分也成竖直状态，固分合闸也设计成竖直动作。熔丝筒主要由熔管、接触管、熔管弹簧、弹出标志和接触环组成，熔丝穿过熔管后固定在接触环上，合闸时上部的接触管和绝缘件内部的上触头套接触，下部的接触环和绝缘件内部的下触头卡环接触，从而实现熔断器的合闸，线路电流得以顺利导出，分闸时，熔丝烧断，由于接触环固定在下触头卡环上，而熔管在熔管弹簧的作用下向下弹出，弹出标志便可以露出底座盖，这样人肉眼便可以判断熔断器是否断开，满足柱上开关类产品具有可见断开点的要求。

传统跌落式熔断器由于结构的特点，是以跌落的动作进行分闸，上触头需要从上导电板的球形凹槽里滑出，而下触头在静触头块的带动下，通过支座转动，静触头块与下导电板从接触到分离，也是产生了滑动的动作，固上下触头的接触都只能与点接触和线接触的方式进行，接触面积小，导致跌落式熔断器的电阻值偏大，正常情况下跌落式熔断器的电阻值≤1500μΩ，这也就试得整条线路的损耗增大，不利于电网长期稳定健康得发展。而封闭型喷射式熔断器可以大大解决跌落式熔断器接触面积小的弊端，由于封闭型喷射式熔断器是上下运动，所以接触部分可以全部采用圆柱型结构。第一，固定在绝缘件上端的为上触头套，由于上触头需要有一定的张力和弹力，固采用了材料更好的紫铜型材（而不是传统的T2铜材），圆柱体形状，两边切开，使其具有一定的张力和弹力。而熔丝筒合闸时和上触头套接触的部位采用圆柱体结构接触管，据实际测算，合闸时上部触头的接触面积≥464mm2，这个接触面积远远大于传统跌落式熔断器上端三点的接触面积。第二，固定在封闭型喷射式熔断器绝缘件接近底部的为接触环，而下接触环上固定有三块下触头卡环，同样的，由于下触头卡环需要有一定的张力和弹力，也同上触头套一样采用了材料更好的紫铜型材，而为了使下触头有更大的接触面积，下触头卡坏也是设计成圆弧形结构，三块平均分布在下接触环的圆形周长上。熔丝筒合闸时，与下触头卡环接触的为接触环，由于上下运动，下接触环也同样设计成圆柱体结构，据实际测算，合闸时下部触头的接触面积≥434mm2，刚好与上部触头的接触面积相当，这个接触面积也远远大于传统跌落式熔断器下部两点的接触面积。而为了使熔丝熔断，熔管带动弹出标志向下弹出时，熔丝筒能固定在熔断器内部，下触头卡环设计有一个凸起结构，接触环设计有梯形的圆柱体结构，这样没有使用专用操作棒操作的情况下，在熔管弹出时，熔丝筒可牢牢固定在绝缘件内部。而且采用上下运动的方式，可以大大减少跌落式熔断器合闸和分闸过程中，外部力量对于接触点的碰撞和磨损，且这种封闭型喷射式熔断器的分合闸在密闭空间进行也避免了环境对接触部位的影响，如图3所示。

图3 封闭型喷射式熔断器分合闸

跌落式熔断器在行业内还有一个叫法叫做“跌落保险”，顾名思义，相当于我们常用的空气开关，其作为保护变压器的一道屏障，在线路有故障电流的时候，熔断熔丝，使熔断器分闸，从而保护设备的安全。但是跌落式熔断器仅有保护的功能，没有检测的功能，而电网在长期发展的过程中，越来越往智能化方向靠近，在配网设备能稳定运行的同时，需要这些起保护作用的设备也同时能具有检测的功能，即能检测故障电流的大小，持续时间以及发生的位置和时间，这样才能大大节省相关人员对故障点的判断以及在最短时间内排除故障的能力。传统跌落式熔断器的电流流经熔管，而根据电流电压物理原理，要能检测电流信号以及电压信号，则相应的互感器需安装在熔管上才能采集到信号，而熔管作为跌落式熔断器分合闸动作的部件，对采集互感器以及采集控制终端会产生不必要的外力影响，加上熔丝熔断时，气体对熔管会有一定的影响，从而给采集的配件产生影响，所以跌落式熔断器对后期智能化的改造有很大的阻力。而封闭型喷射式熔断器的结构特点，线路电流流经整个绝缘件，在实现智能化的方式上，可以把绝缘件由电瓷材料升级成硅橡胶材料（内部采用环氧树脂用于零件装配）或者整体环氧树脂结构，把采集信号的互感器以及采集控制终端固封到绝缘件内部，然后通过无线通信技术把采集的电流、电压以及位置等信号传输到变压器内部的智能融合终端上，通过智能融合终端向供电系统的后台传输相应的信号，这样不仅可以精确检测到某条线路的故障电流和电压，也可以定位到具体哪台熔断器熔断以及什么时间熔断等各种信号，有利于相关人员快速排除故障，并且分析故障产生的原因以尽量避免类似的故障发生。

通过以上分析，在我国电网的健康、稳定以及智能发展中，跌落式熔断器由诸多的弊端，而封闭型喷射式熔断器不仅在安全运行、绝缘性能以及长期稳定运行，而且在实现智能化的路上，有更大的优势，特别是在今后智能化发展的路上，可以使我国在整个电网建设上走在全球的前沿。