一種內置式戶外高壓保險裝置的研究和設計

郝宏亮 朱增軍 姜 峰

（國網徐州供電公司，江蘇 徐州 221009）

內置式戶外高壓保險裝置廣泛應用于35kV 及以下電網，主要用于保護戶外電壓互感器，為電網主設備的測量、保護和監控裝置提供二次電壓[1]。當電網由于諧振或操作等原因引起系統電壓波動較大時，容易造成一次高壓保險單相或多相熔斷，影響相關保護和安全自動裝置的可靠運行、電能計量裝置的正確計量，造成重大損失[2]。當高壓保險熔斷時，必須盡快更換、恢復。

目前，徐州電網普遍使用RXWO-35 型內置式戶外高壓保險裝置。該型裝置為螺栓緊固結構，在更換高壓保險時經常遇到螺絲銹蝕難以擰開、保險管炸裂導致碎片卡在瓷套內等困難，更換過程費時費力[3]。國網公司推進運維一體化建設后，更換高壓保險工作交由運維人員實施，更換保險耗時長的問題更加突出。因此，研制一種易于更換的新型高壓保險裝置，以減少更換操作時間，提高電網應急反應速度，成為電力工作者特別是變電運維人員值得深入研究的重要課題。

1 高壓保險裝置使用現狀及存在問題

RXWO-35 型內置式戶外高壓保險裝置主要由壓蓋、瓷套、安裝板、支柱絕緣子和套管內部彈簧等部件組成[4]，如圖1所示。

圖1 RXWO-35 型高壓保險裝置結構

該裝置一般安裝于3～5m 高的構架上，壓蓋用螺絲固定在瓷套兩端（每端4 個螺絲），通過擠壓瓷套內部彈簧實現與保險管的良好接觸。瓷套水平放置，用安裝板固定在支柱絕緣子上。

當發生高壓保險熔斷故障，運維人員對其停電并做好安全措施后，爬上構架，使用螺絲刀和扳手打開壓蓋更換保險管。當保險管爆裂時，需打開兩端壓蓋清理碎片，必要時需拆下安裝板進行清理。

本文對2013年徐州電網所轄變電站發生的高壓保險熔斷故障進行統計，更換保險平均耗時為68min；分析發現，影響更換速度的主要因素有：

1）裝置部件拆裝繁瑣

裝置各部件采用螺栓緊固連接，拆裝壓蓋或瓷套繁瑣，高空組裝困難。

2）連接螺栓銹蝕嚴重

保險裝置受電化反應及環境污染等因素影響，其連接螺栓普遍銹蝕嚴重，拆卸較為困難。

3）保險碎片清理困難

對于保險管爆裂故障，清理碎片需打開兩端壓蓋，甚至拆卸安裝板，整體取下瓷套進行清理，作業難度較大。

為解決上述問題，本文設計了一種新型內置式戶外高壓保險裝置。

2 裝置設計方案

2.1 總體結構

新型內置式戶外高壓保險裝置是一種壓蓋可快速拆裝、瓷套可傾斜結構，總體結構示意圖如圖2所示。

圖2 總體結構示意圖

該結構無需拆裝螺栓即可打開壓蓋，實現保險管更換；通過傾斜瓷套可完成清理碎片。該種結構操作簡單、快捷，并且便于對現有設備直接升級。

2.2 方案分解

內置式戶外高壓保險裝置主要由安裝板、壓蓋、內部彈簧和連接單元組成。

1）安裝板單元

按照整體方案設計要求，安裝板需設計為可傾斜結構，以滿足方便清掃碎片的要求。如圖3所示，安裝板能夠始終緊固瓷套，通過軸承的旋轉完成瓷套快速傾斜，使用卡扣控制軸承。

該結構對現有安裝板改動較大，但具有以下優點：可避免拆卸過程中瓷套墜落或碰損；方便傾倒碎片；軸承旋轉損耗小、壽命長。

圖3 安裝板單元結構圖

2）壓蓋單元

壓蓋需滿足各種條件下單人高空作業快速裝卸的要求（如燈光照明不足、雨雪霧霾等天氣）。

圖4 壓蓋單元結構圖

將壓蓋兩端制作成卡槽結構，通過對應卡扣實現快速連接，滿足實現快速拆卸的需要。卡槽結構大大簡化了操作難度：只需拉合卡扣即可實現單人拆卸、更換操作；卡槽結構不易損壞，連接可靠。

3）彈簧單元

彈簧是壓蓋與保險管接觸部分，用以減小保險管與壓蓋間接觸電阻，同時保障保險管免受外力震蕩的沖擊，防止保險管因外力破碎。目前使用的接觸彈簧采用獨立結構，且彈力很大，高空單人很難使壓蓋達到正常安裝位置。

圖5 彈簧和壓蓋一體式結構圖

將壓蓋和彈簧制作成一體式結構，只需裝卸壓蓋，彈簧即隨之裝卸。減少了保險組成部件，簡化了操作步驟；安裝拆卸簡單便捷。

4）連接單元

連接單元是保險裝置實現快速傾斜基座、拆裝壓蓋的關鍵。經測算，壓蓋處連接單元應能承受大于300N 的分合力；基座連接部分應能經受套管和保險本體的支撐力。

采用雙邊式卡扣結構作為裝置的連接單元，能夠實現快速打開兩端壓蓋和安裝板的可傾斜功能。拆卸安裝方便；兩邊均衡受力，減小單邊受力強度并能保持支撐平衡。

圖6 雙邊式卡扣結構圖

3 設計方案實現及驗證

3.1 設計方案實現

新型裝置各部件必須滿足戶外電壓互感器的使用要求，具有高機械強度和防銹蝕等性能[5]。安裝板和連接卡扣采用不銹鋼材料制作，具有強度高、硬度大、韌性好，耐磨損和 抗化學腐蝕性強的特點；壓蓋采用銅合金材料制作，以滿足戶外防銹和保險裝置的電阻要求；彈簧采用不銹鋼材料制作，以滿足裝置電阻率要求和反復拆卸的抗疲勞要求。裝置各部件的使用材料及其特性參數見表1。

表1 裝置各部件的使用材料及其特性參數

經過加工、組裝和調試，新型內置式戶外高壓保險裝置的實物圖如圖7所示。

圖7 新型保險裝置實物圖

3.2 應用效果

在裝置研發期間，對裝置機械和電氣參數進行測試，結果見表2。測試結果該裝置能夠滿足35kV電壓互感器用高壓保險使用要求。

表2 裝置測試參數及結果

該裝置在徐州電網14 座變電站試用，在高溫、暴雨和霧霾等各種天氣下運行正常。裝置使用效果達到預期目標見表3。

表3 裝置使用效果對比

4 結論

針對現有保險裝置在處理高壓保險熔斷過程中拆裝困難的問題，開發了一種新型內置式戶外高壓保險裝置。該裝置大幅縮短了變電站運維人員處理高壓保險熔斷故障時間，提升電網應急反應速度，節約人力資源，同時經濟效益明顯。

[1] 劉喆.配電網消弧及鐵磁諧振監測與控制技術的研究[D].北京: 華北電力大學,2008.

[2] Sugimoto S,Neo S,Arita H,et al.Thyristor controlled ground fault current limiting system for ungrounded power distribution system[J].IEEE Transaction on Power Delivery,1996,11(2): 940-945.

[3] 耿向陽.電壓互感器高壓保險熔斷原因分析及治理措施[D].天津: 天津大學,2009.

[4] RXWO 系列高壓保險使用說明.南通: 如皋高壓電器廠,1996.

[5] 南曉強,李群湛.配電網高壓保險絲故障原因的仿真分析[J].電力系統及其自動化學報,2011,23(6): 96-100.