寶塔型10kV全絕緣化噴射式熔斷器的研究與應(yīng)用

國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司溫州市洞頭區(qū)供電公司 吳隆東 滕志豪 鄭舒克 秦 波

目前我區(qū)配電網(wǎng)普遍使用傳統(tǒng)跌落式熔斷器，作為配電變壓器的分合開(kāi)關(guān)、短路和過(guò)負(fù)荷的保護(hù)設(shè)備，存在著功能不全、保護(hù)性能差、開(kāi)斷性能低、電氣及機(jī)械接觸面小、防風(fēng)能力差、抗污性能差、合閘成功率和線路運(yùn)行效率較低、溫升高、滅弧性能低等問(wèn)題[1]。特別是抗風(fēng)能力，洞頭區(qū)地處沿海島嶼，每年在臺(tái)風(fēng)季節(jié)來(lái)臨之際，傳統(tǒng)跌落式熔斷器在大風(fēng)環(huán)境中存在致命的弱點(diǎn)。再者，因用戶對(duì)熔斷器的選型、使用和管理等原因會(huì)出現(xiàn)諸多問(wèn)題，如產(chǎn)品質(zhì)量，部分用戶用銅絲、鋁線代替熔絲來(lái)達(dá)到不脫落目的，造成熔斷器不能正常與前級(jí)開(kāi)關(guān)設(shè)備進(jìn)行配合保護(hù)動(dòng)作，經(jīng)常發(fā)生小故障而擴(kuò)大停電范圍的事故。同時(shí)，線路發(fā)生故障時(shí)在海島地區(qū)排查故障工作十分困難，不利于配電網(wǎng)的管理和安全運(yùn)行。

針對(duì)以上傳統(tǒng)跌落式熔斷器存在的一系列問(wèn)題，結(jié)合電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的迫切需要，研制新型全絕緣化寶塔型熔斷器顯得尤為重要，新型熔斷器在其結(jié)構(gòu)形式上加以創(chuàng)新，克服了傳統(tǒng)跌落式熔斷器的所有缺點(diǎn)，消除環(huán)境條件對(duì)熔斷器使用性能的影響，具有傳統(tǒng)跌落式熔斷器無(wú)法比擬的性能優(yōu)勢(shì)。

1 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 設(shè)計(jì)思路

針對(duì)海島地區(qū)的特殊環(huán)境條件，采用全絕緣化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)對(duì)10kV架空配電線路載流量、短路容量、線路參數(shù)的計(jì)算來(lái)確定線路短路電流的分布規(guī)律、外絕緣爬距、以及工頻耐壓值性能參數(shù)分析，提出寶塔型熔斷器的外絕緣爬距和工頻耐壓值性能指標(biāo)分析報(bào)告，采用全新寶塔型熔斷器的導(dǎo)電性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，提出狹縫滅弧技術(shù)[2]。

1.2 設(shè)計(jì)原理

新型寶塔型全絕緣化噴射式熔斷器的工作原理，是利用熔體自身熔斷形成電弧，然后在電弧高溫作用下，將滅弧管內(nèi)的產(chǎn)氣材料氣化產(chǎn)生大量氣體，再依靠此氣體在電流過(guò)零時(shí)將電弧吹滅，以開(kāi)斷電路來(lái)切除故障線路和故障設(shè)備。而要在一個(gè)狹小的全封閉腔體開(kāi)斷較大的短路電流，且在熔絲熔斷后在暫態(tài)恢復(fù)電壓下不能重燃。

圖1 新型寶塔型全絕緣化噴射式熔斷器結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 主要研究課題

全絕緣化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究。要在一個(gè)狹小的全封閉腔體開(kāi)斷較大的短路電流，且在熔絲熔斷后，在暫態(tài)恢復(fù)電壓下不能重燃，對(duì)新型熔斷器的產(chǎn)氣滅弧材料進(jìn)行重新選型，完成了對(duì)產(chǎn)氣滅弧材料、對(duì)熔絲筒力學(xué)強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行校核，進(jìn)而完全獨(dú)立設(shè)計(jì)研發(fā)出能完全承受大溫差和濕度變化的全封閉腔體結(jié)構(gòu)，提交全絕緣化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)論證報(bào)告。

開(kāi)斷電流能力研究。通過(guò)對(duì)目前10kV架空配電線路載流量、短路容量、線路參數(shù)的計(jì)算來(lái)確定線路短路電流的分布規(guī)律，以滿足新型全絕緣化噴射式熔斷器在線路故障時(shí)均能正常開(kāi)斷的短路電流值；狹縫滅弧方式研發(fā)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)研發(fā)一種全新的負(fù)荷電流滅弧方式：狹縫滅弧方式。電弧在消弧棒和消弧管之間的狹縫中延伸，此時(shí)電弧的電阻增大，消弧棒、消弧管會(huì)產(chǎn)生滅弧性氣體，以吹熄電弧[3]。

圖2 “狹縫滅弧”負(fù)荷電流滅弧方式

寶塔型熔斷器的外絕緣爬距和工頻耐壓值研究。通過(guò)對(duì)目前污區(qū)分布的測(cè)算，以及滿足三級(jí)污穢的要求，從而確定其外絕緣爬距的指標(biāo)。根據(jù)目前絕緣水平的要求，通過(guò)測(cè)算確定其斷口、相對(duì)地的工頻耐壓值；寶塔型熔斷器的導(dǎo)電性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為保障全絕緣化噴射式熔斷器具有良好的導(dǎo)電性結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)采用花瓣式觸頭作為上下電極結(jié)構(gòu)形式，以保證其穩(wěn)定性，并對(duì)電極固定結(jié)構(gòu)、進(jìn)出線引線選型和固定、防水密封結(jié)構(gòu)、熔管安裝固定結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)上均做出了相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

寶塔型全絕緣化噴射式熔斷器本體采用全封閉式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，導(dǎo)電元件、載熔件及熔體均采取內(nèi)置結(jié)構(gòu)，避免由于搭掛異物而造成短路故障；整體封閉在熔絲筒中，進(jìn)一步提高了外絕緣爬距，不會(huì)發(fā)生污穢后造成外絕緣電阻下降事故；解決了熔絲筒在應(yīng)用內(nèi)置式、單端噴弧結(jié)構(gòu)情況下仍具有較高開(kāi)斷容量的難題；寶塔型全絕緣化噴射式熔斷器上部、下部電極采用花瓣式觸頭，觸頭接觸非常好，每次送上電后都能保證熔管接觸電極接緊固不易脫落、電極不易生銹，有效確保長(zhǎng)期性能穩(wěn)定，在運(yùn)行中不會(huì)因遇到外力作用、振動(dòng)或者大風(fēng)天氣而自行誤動(dòng)或跌落，避免造成不必要的停電事故。

寶塔型全絕緣化噴射式熔斷器采用全封閉結(jié)構(gòu)及花瓣式電極，不會(huì)產(chǎn)生電火花，采用專用的操作手柄，可確保每次操作都能成功，減少操作者的心理壓力，提高操作的成功率，抵御惡劣天氣下設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性[4]；寶塔型全絕緣化噴射式熔斷器具有負(fù)荷電流開(kāi)合功能。即采用狹縫滅弧的方式取代傳統(tǒng)滅弧罩外露方式，大幅度提高滅弧可靠性。

寶塔型全絕緣化噴射式熔斷器底蓋添加反光材料和量具。為了方便現(xiàn)場(chǎng)地面人員操作，在掛鉤孔四周增加了黃色反光材料，量具可以測(cè)定熔絲筒的消弧層損耗程度，確定是否需要更換整個(gè)熔絲筒；研制出與8mm2導(dǎo)線壓接用的導(dǎo)線孔徑為4.5mm專用端子，并對(duì)壓接端子進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，確認(rèn)壓接端子強(qiáng)度完全符合要求，即芯線部分?jǐn)嗔选⒗瓟嗔_(dá)到211N，其芯線未發(fā)生被抽出的現(xiàn)象。

3 結(jié)語(yǔ)

由于傳統(tǒng)的跌落式熔斷器的技術(shù)缺陷，造成線路停電事故多發(fā)，在線路停電時(shí)時(shí)常會(huì)造成用戶停電，影響城市運(yùn)行和正常的生產(chǎn)、生活秩序。新型寶塔型10kV全絕緣化噴射式熔斷器的研發(fā)，將在較大程度上提高供電可靠性，減少對(duì)用戶的影響。掛網(wǎng)試運(yùn)行時(shí)間以來(lái)未造成大面積的停電事故，對(duì)我局所選擇試運(yùn)行線路地區(qū)的重要配電變壓器及相關(guān)線路起到了有效保護(hù)，并對(duì)故障區(qū)間進(jìn)行及時(shí)隔離，進(jìn)而大幅度提高該地區(qū)供電線路的可靠性。新型寶塔型10kV全絕緣化噴射式熔斷器一旦大量投入運(yùn)用，特別對(duì)于海島污穢等級(jí)比較嚴(yán)重的地區(qū)，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。