10 kV 雙斷口跌落式熔斷器設計

張旭鋒，夏正陽

（1.甘肅電器科學研究院，甘肅 天水 741018）

（2.國家管網集團北方管道有限責任公司沈陽檢測技術分公司，遼寧 沈陽 110000）

隨著我國電力技術的飛速發展，配電設備不斷的技術更新，跌落式熔斷器在配電中的運用也越來越廣泛，尤其在10 kV 電力系統中，作為電力變壓器的過載、短路保護和額定電流的合分閘操作，對跌落式熔斷器的技術要求也越來越高。而且目前電網所使用的跌落式熔斷器都沒有遠程監測功能，不能實時監測出跌落式熔斷器的工作狀態，大大增加了檢修人員的工作難度。為了增加熔斷器的開斷性能,適應未來電氣物聯發展趨勢，設計出一種新型可靠的跌落式熔斷器是必要的。10 kV 雙斷口跌落式熔斷器，在線路發生故障時，不僅比普通的跌落式熔斷器開斷更加可靠，而且具備遠程監測功能，大大減少了檢修時間和檢修人員的危險系數，從而提高了檢修人員的工作效率。

1 普通跌落式熔斷器介紹

普通跌落式熔斷器基本構造由絕緣子、觸頭組、熔管組、導向支架組成，如圖1 所示。

圖1 普通跌落式熔斷器

普通跌落式熔斷器在變壓器空載和負載情況下能夠正常進行合分，當配電線路的投切在配電變壓器超負荷工作或者短路的情況下,普通跌落式熔斷器會出現動作不可靠，甚至出現熔管炸裂的現象。根據試驗結果和現場工程應用分析主要有以下幾個缺點：

（1）熔斷件和熔斷器不匹配，在小電流開斷后不能有足夠的熱累積效應；

（2）在不同電流下電流的弧前時間不能滿足系統要求的開斷時間限制；

（3）在短路開斷的情況下，由于熔管材料問題，發生熔管炸裂，對其他用電器產生損壞；

（4）在開斷過程中，熔絲一直拉弧，不能及時地開斷回路；

（5）劣質產品發生異常溫升，引起誤動作[1]。

目前國內的12 kV 跌落式熔斷器的最大額定電流為200 A、最大開斷電流一般為16 kA，大大限制了其適用范圍，所以跌落式熔斷器新技術的設計更加有必要。

2 雙斷口跌落式熔斷器

雙斷口跌落式熔斷器由絕緣柱、真空泡、熔斷器、傳動機構、觸頭、熔管組、進線接線柱、出線接線柱、絕緣柱、遠程通訊模塊等組成，如圖2 所示。

圖2 雙斷口跌落式熔斷器

設備在正常工況運行時熔斷器雙斷口都閉合。當線路發生故障時，熔絲燒斷，機械傳動機構動作，機械傳動機構給真空泡分閘信號，真空泡斷開，從而達到了雙斷口開斷短路電流的能力。由于熔管組跌落，觸點檢測模塊給遠程通訊模塊一個分閘信號，遠程通訊模塊將此信號傳送給主控室物聯監測平臺，從而能更快、更迅速地通知專業檢修人員進行故障排除。當故障排除完畢之后，檢修人員應更換新的熔絲，然后再遠程對真空泡進行合閘，設備檢修完畢，系統正常運行。

（1）真空泡和熔管組：普通的跌落式熔斷器只有一個斷口，即熔斷器在熱效應積累導致熔絲熔斷的斷口，在實際運用過程中，有可能存在不能正常分斷的情況，當再多一個斷口時，它相當于在回路中增加了一個可開斷大電流開關設備，可以使開斷更加的可靠[2]。本設計中在跌落式熔斷器靠近電源側加了一個真空泡，為了使熔斷器和真空泡能夠同時斷開或者斷開時差滿足要求，設計的機械傳動機構能夠在熔絲動作的一瞬間將一個應力傳送至真空泡，從而使真空泡及時開斷。

在跌落式熔斷器方面雙斷口本身是一種創新，而且可以在線路產生故障時能夠更加可靠的斷開，大大減少了經濟損失，更加可靠的保障電網的正常運行。雙斷口的在開斷過程中可以減少燃弧時間，從而減小了開斷時間，防止了爆炸的產生和用電設備的損壞。而且滿足了GB/T 15166.3—2008 中方式1～5 對瞬態恢復電壓、功率因數、相對于電壓零角度的合閘相角、開斷電路后工頻恢復電壓的持續時間等參數的要求。

（2）遠程通訊模塊：主要由發射器、接收器和控制器組成。集成了QCA9531、QCA988 雙芯片的ac AP/Router、雙頻WIFI 模塊、SKW100 模塊，還集成了雙核MIPS CPU（650MHz）、5×10/100 Mbps 速度的以太網，支持USB2.0UART 接口。SKW100 集成了2.4 GHz 2×2 MIMO WLAN 芯片，內置PA 和LAN，它支持2.4 GHz 運行，分別支持20 MHz 和40 MHz 信道。

由于我國電力行業飛速發展和5G 時代的來臨，為了實時監測電網中的各種設備的運行狀態，各種開關設備具備遠程通訊功能是一種趨勢。雙斷口跌落式熔斷器增加了遠程通訊功能，通過觸點監測機構連接一個常開觸點，當熔斷器正常運行時，常開觸點對遠程通訊模塊一個低電平，主控室物聯監測平臺顯示熔斷器正常工作，處于合閘狀態。當熔斷器斷開時，常開觸點閉合，給遠程通訊模塊一個高電平信號，從而主控室物聯檢測平臺顯示熔斷器已斷開。對于真空泡不僅可以進行遠程的狀態監測，而且還可以進行遠程合分閘控制。

3 性能比較

對于跌落式熔斷器必須根據GB/T 15166.3—2008 的要求進行型式試驗，滿足正常運行的條件或者特殊規定技術條件（短路情況）下的試驗[3]。對普通跌落式熔斷器和雙斷口跌落式熔斷器選用相同規格的熔絲進行相同的預期試驗電流進行試驗。按照標準要求進行了方式1～5 試驗，以下只對預期試驗電流16 kA 時的方式1 進行對比，如圖3、圖4 所示。

圖3 普通熔斷器開斷示波圖

圖4 雙斷口熔斷器開斷示波圖

根據GB/T15166.3—2008 的要求對兩組不同的跌落式熔斷器進行數據分析：

（1）兩種類型的熔斷器都能滿足試驗TRV 要求；

（2）普通熔斷器的通流時間為11.3 ms，雙端口熔斷器的通流時間為9.9 ms；

（3）普通熔斷器的燃弧時間為8.2 ms，雙斷口熔斷器的燃弧時間為3.2 ms。

在實際配電過程中，熔斷器在短路開斷時的通流時間和燃弧時間越短，意味著其開斷能力越強。在發生短路的情況下，當通流時間過長時，熔斷器起不到保護作用，從而會燒毀電網中的其他設備，當燃弧時間太長時，會造成熔斷器底座爆炸，引起周圍配電設備損壞，造成重大的電氣事故和經濟損失。故雙斷口熔斷器相對于普通熔斷器在短路開斷能力方面有著絕對的優勢[4]。

4 技術應用

普通跌落式熔斷器的檢修操作不允許帶負荷操作，只允許空載情況下操作。在拉閘操作時，由于配電變壓器在三相轉換成兩相運行時，分開中間相產生的電弧火花最小，其次是拉斷背風邊相，由于中間相已被斷開，兩邊相的距離增加，即便有過電壓產生，造成相間短路的可能性小。最后拉斷迎風邊相時，僅有對地的電容電流，產生的電火花則已很輕微。所以跌落式熔斷器一般先拉中間相，再拉背風相側，最后拉迎風相側。在合閘操作時，正好與拉閘操作相反[5]。

雙斷口熔斷器由于真空泡斷口在電源側，熔斷器在負荷側。在熔斷器拉閘操作之前，先斷開電源側的真空泡，再拉開熔斷器。由于在電源側已經存在斷口，所以在拉開熔斷器的時候不存在先后順序。在熔斷器合閘操作時，由于電源側真空泡斷口斷開，所以合閘熔斷器也沒有先后次序之分，然后對真空泡進行遠控合閘，達到送電的目的。

綜上所述，雙斷口熔斷器不僅在合、分閘操作上程序簡單，而且對于檢修人員更加安全可靠，大大降低了在操作過程中的風險。

5 結語

通過和普通跌落式熔斷器進行對比，顯現出了雙斷口跌落式熔斷器在分斷能力和檢修方面的技術優勢，并且利用遠程通訊模塊實現了熔斷器狀態的監測。真空泡狀態的監控，體現出了設計的創新性。隨著電力技術和5G 技術的發展，10 kV 雙斷口跌落式熔斷器一定會越來越普及。