配电变压器中新型全封闭高压熔断器的应用

配电变压器中新型全封闭高压熔断器的应用

常素强鲁进

（中设工程机械进出口有限责任公司）

摘要:新型全封闭熔断器是户外熔断器的一种新产品，目前广泛采用的跌落式熔断器具有触头裸露、绝缘水平低、拉合操作有一定危险性等弊端，而新型的全封闭熔断器将绝缘防护性能和操作安全性均较常规的熔断器进行了较大改进，并按国内要求大幅提高了开断能力和耐压水平，可以拉合负荷电流，全封闭熔断器在结构形式上加以创新，克服了传统跌落式熔断器的缺点，消除了自然环境对其的影响，可以在恶劣环境条件下长期稳定运行的要求，为电网的安全可靠运行提供了保障。

关键词:全封熔断器;配电变压器;10kV线路绝缘化

熔断器是一种短路及过电流保护的元件，具有结构简单、经济实用、操作方便、体积小巧等特点，目前已在配电线路上广泛使用。在10kV架空配电线路中熔断器主要应用于配电变压器的一次侧、支线处、用户进线处，主要作为配变变压器的分合开关、短路和过负荷保护设备。目前98%以上的用户使用的是传统跌落式熔断器，它在配电网中是使用最广泛的设备之一，由于跌落式熔断器属于非全绝缘设备，因此存在故障率高、易污闪、易脱离、操作有风险等弊端，在线路全绝缘化进程中一直是难以解决的问题。针对上述问题，本文中介绍的新型全封闭熔断器是一种全绝缘全密封型的设备，并具有以下特点:

(1)一体化构造，抗污性能良好，耐候性极高，大大提高了产品绝缘性能和可靠性;

(2)能够满足处理短路容量最大值为12.5kA的开断能力，基本上可以满足国内架空配网中的柱上变压器(500kVA以下)保护使用以及国内配电网全绝缘化水平的要求。

1开发背景

目前国内熔断器主流产品为跌落式熔断器。具有结构简单，造价较低，适用范围广泛等特点。但由于非全绝缘结构，存在着以下方面的不足之处:

(1)由于动静触头、连接端子等带电部位均处于裸露状态，容易发生树枝、铁丝、小动物等异物的搭接放电，尤其是在下雨刮风等的气候恶劣时易发生短路或接地事故，成为绝缘线路的薄弱环节。即使加装绝缘防护罩，也容易积累污垢造成泄露电流进而发生绝缘罩燃烧事故，且受污染的部分不易清扫;

(2)防污性能和耐盐性能比较差，对于沿海地区容易造成盐污，还会引起绝缘子表面产生泄漏电流，而且抱箍距上下触头较近，增加了污闪事故的几率;

(3)由于外露触头容易被锈蚀，造成导电性能下降而发生温升，导致电极老化，触头弹簧片性能下降，造成触头烧损或熔管自动跌落，另外，熔管转动轴污染后，还会发生熔体熔断后熔管不能迅速跌落，无法快速灭弧造成熔管烧毁或爆炸等事故;

(4)操作风险大，对操作工人要求高，在风、雨等恶劣天气不能进行操作等。

跌落式熔断器的上述故障将会造成10kV分支线路或变压器运行缺相或停运，严重时损坏用电设备，对配电线路和设备安全运行构成极大威胁。

2工作原理及研发改进

2.1工作原理及构造

(1)新型全封闭熔断器工作原理是利用熔体自身熔断在熔管内产生电弧，电弧高温致使采用了特殊材料的消弧管内壁产生大量的气体，高压气体向管外高速喷出，将电弧吹灭。熔体熔断后，使消弧管上方动触头的锁紧机构释放，消弧管在自重力和弹簧作用下，使动静触头分离，并且将熔管活动部分退出熔断器本体外，形成明显的开断位置，达到切除故障段线路或故障设备的目的。

(2)结合熔断器的操作，确定了内部结构：包括上下电极结构形式设计，进行载流能力、短路电动力计算校核；电极固定的结构设计；进出线引线选型、固定的设计；防水密封结构的设计；外绝缘的设计；熔管安装固定方式的设计；操作杆的设计等。上部电极和下部电极采用花瓣式触头，以保证熔筒稳定性。

(3)上部、下部电极，熔管密封在瓷套内部，全密封、全绝缘的结构。电线连接采用橡胶一体成型的绝缘结构。装卸熔丝管用的开口设计在瓷套下方。采用花瓣式软质橡胶设计，防止粉尘等污染物的进入。

（4）上下触头电极以及熔丝熔管均在绝缘瓷套内部，并且上下引出线与绝缘体处于完全密封状态，能适应在盐污或风沙严重等环境恶劣的地区使用，耐盐污性能具有等价盐分附着量0．35mg/cm2以上水平，能够延长产品寿命，降低设备故障率和设备维护工作量，提高线路绝缘化水平。其整体外形如图1所示。

同时，由于采用狭缝灭弧方式，电弧在消弧棒和消弧管之间的狭缝中延伸，电弧的电阻增大，消弧棒、消弧管会产生灭弧性气体吹灭电弧，可以熄灭负荷电流。

2.2结构改进

(1)提高开断电流能力。根据目前的配网载流量、短路容量、线路参数，计算确定线路短路电流分布规律，以及产品的经济性，首先确定密封型熔断器的开断电流的能力。在产品形式上，按额定电压等级10kV开断短路电流12.5kA来设计，满足约90%的相间短路时的开断。该产品的最大技术难度在于开断电流的实现，要在一个狭小的封闭腔体内开断较大的短路电流，而且在熔断短路后，在暂态恢复电压下不能重燃。

(2)改进花瓣式电极触头抓力并对电极表面进行特殊镀银处理，保证载熔件在开断喷出过程中的机械稳定性，能承受更大电流，不易烧损。

(3)增加外绝缘爬距。经过改进后产品的实际爬距(沿红线):从下端子绝缘头开始固定金具抱箍的距离(A→C→D)为290mm，附加100mm绝缘电缆;无底盖场合，从内下部电极到抱箍的距离(B→C→D)为430mm，即使无底部封盖，也基本满足三级污秽的要求(320～380mm)。

(4)断口、相对地的工频耐压分别满足48、42kV的标准。

(5)根据国内操作习惯，密封底盖改进为无绳化结构;对于8mm2的引线与35mm2直径电缆连接采用压接端子螺栓接线方式，并为此开发新型的变径冷缩管作为端子绝缘封接材料。

3相关试验

由于该产品在国内市场伤属于新产品，国内的试验条件只能完成电气特性试验，而针对引线等机械性能方面的试验，只能利用该产品技术发源地日本的设备在国外完成。为此，经国内中国电科院电力工业电力设备及仪表质量检验测试中心高压开关试验站的专家反复讨论，形成全面的实验方案，以全面验证产品满足技术条件的能力。

第一部分，结合国标、行标，研究确定以下基本试验标准:

(1)温升试验;

(2)机械稳定性试验;

(3)熔断件机械稳定性试验，包括静态试验和动态试验;

(4)开合负荷电流试验;

(5)工频耐压试验，按干燥和注水状态下试验;

(6)雷电冲击耐压试验:雷电冲击耐压试验按要求施加正负标准波形1.2/50μs的雷电冲击电压各15次，进行雷电冲击耐压试验时，不发生闪络;

(7)开断试验:试验回路接线按照DL/T640－1997户外交流高压跌落式熔断器及熔断件订货技术条件要求，按照额定0.7～0.8倍和0.2～0.3倍开断电流、2.7～3.3倍最小熔丝额定电流共18种方式进行完全开断试验，试验结束后进行温升和工频耐压试验，满足相应要求。

第二部分，根据该产品的结构特点和使用条件要求，研究确定以下试验标准:

(1)冷热性能试验:冷热性能:在冷水温度0～10℃，热水温度90～100℃下，以30min为1个周期，各进行3个周期试验，试验结束，各个部位没有异常，绝缘电阻测试没有异常;

(2)镀锌性能试验:对于安装金具部分，按规定的附着量试验方法，用磁力式电镀层厚度测试仪测量附着量。任意5个以上部位的平均膜厚值乘上系数(7．2)求得附着量。进行镀锌试验的时候，附着量要在350g/m2以上;

(3)引出线结合部性能试验:引线承重及旋转试验，试验方法旋转次数为20次;

(4)老化试验;

(5)振动试验:固定熔断器，引线与2m长的PD线连接，距引出线结合部300mm处全振幅200mm，频率2Hz，进行100min振动(12000次);加热试验:在70℃的环境下进行96h试验。

各试验完成后，分别对引出线芯线与结合部及瓷套的粘接部之间施加工频电压18kV，进行1min耐压试验，不发生闪络现象;

(6)局放特性:按GB/T7354－2003局部放电测量进行试验，在相对地电压7kV(12/3kV槡)时，局部放电量应小于10pC。

4结论

由于传统的跌落式熔断器故障率高，造成线路停电事故多发，对配电线路和设备安全运行构成极大威胁，也给正常的社会生产生活造成了诸多不良影响。更换为新型全封闭熔断器，通过其在结构形式上加以创新，克服了传统跌落式熔断器的缺点，消除了自然环境对其的影响，可以在恶劣环境条件下长期稳定运行的要求，为电网的安全可靠运行提供了保障，社会效益巨大。同时可以解决10kV架空配电线路的绝缘裸露点，实现线路的全绝缘化，为今后提高我国配电网绝缘化程度和供电可靠性提供了新的解决方案。

参考文献:

［1］GB/T15166．3－2008．高压熔断器第3部分:喷射式熔断器［S］．

［2］JISH0401－2007．熔融镀锌试验方法实施［S］．

［3］GB/7354－2003．局部放电测量实施［S］．

常素强，男，硕士，中设工程机械进出口有限责任公司，研究方向：配电设备及其智能化应用

鲁进，男，本科，中设工程机械进出口有限责任公司，研究方向：能源电气领域新技术