一種組合式直流熔斷器總成裝置研制

廣東電網有限責任公司中山供電局 溫云龍 范德和 羅海鑫 肖 星 曾令誠 曾慶祝 林 蔚

變電站低壓直流系統作為電力系統和通信系統中自動控制、繼電保護和信號裝置的供電電源，由交流輸入、充電裝置、饋電屏、蓄電池組、監控單元、絕緣監測、電壓電流測量表計等組成，其工作狀況的好壞直接影響到電力和通信系統的安全穩定運行。站用直流系統通常配置有兩套蓄電池組，作為變電站全站失壓或充電機故障時站內關鍵設備應急電源[1]。在進行直流系統檢修、直流系統年度檢查、蓄電池核容試驗等工作時需將蓄電池出口直流熔斷器和信號熔斷器有序退出[2]，蓄電池出口熔斷器的投退操作頻繁。

目前，主要采用專用的熔斷器操作把手進行蓄電池出口熔斷器和信號熔斷器進行投退操作。該投退操作需先拆除正負極信號熔斷器，再用專用把手分別拉開正負極出口熔斷器，共12個步驟，操作繁瑣。傳統直流熔斷器卡扣易氧化，導致操作更加費力，熔斷器底座為陶瓷材料，在操作過程中常出現誤碰斷裂的現象。此外正負極直流熔斷器接口無隔離，在操作過程中誤碰正負極導致直流短路，損壞設備、危害人身安全的現象也時有發生。可見現有蓄電池熔斷器投退操作人機工效較低，若操作時誤碰導致發生直流系統短路，將導致直流母線失壓，繼電保護裝置等各種自動控制裝置失電，引發重大事故，造成重大的經濟損失。

為解決上述問題，本文研制了一種組合式直流熔斷器總成裝置，裝置基于機械聯動技術，采用刀熔開關結構，操作把手一體化設計，一步操作便可按正確順序投退蓄電池正負極出口熔斷器和信號熔斷器，正負極熔斷器全程分室隔離，極大提高蓄電池直流熔斷器投退操作的人機工效和安全性，改善和簡化了變電站直流系統日常檢修、定檢工作流程，提高了直流系統運行的可靠性。

1 裝置結構及原理

本文研制的組合式直流熔斷器總成裝置由主熔斷器、信號熔斷器、一體化盒蓋、行程開關和相關二次回路組成，其中一體化盒蓋由刀熔開關盒和操作把手組成，盒蓋上配置有可視觀察窗（圖1）。

圖1 總成裝置俯視圖、側視圖

裝置采用分室隔離結構。蓄電池組正負極主熔斷器和信號熔斷器分別安裝于刀熔開關盒的滅弧室內。采用分室隔離結構可有效防止誤觸碰直流電源正負極，消除發生直流短路的風險。此外熔斷器的接口采用夾型觸頭結構，既保證可靠連接又能方便投退操作。刀熔開關盒上還設置有可視觀察窗，變電站運行和檢修人員可通過觀察窗檢查裝置內部熔斷器運行情況，方便巡視和檢修工作；裝置采用一體化結構。裝置的絕緣操作把手與刀熔開關盒蓋采用一體化設計，絕緣操作把手的同時即可拉開裝置盒蓋，斷開直流熔斷器。

裝置采用機械聯動結構。裝置的一體化操作盒蓋底部的拐臂與裝置底座兩側安裝的行程開關連接。轉動操作盒蓋，拐臂將觸發行程開關，行程開關的動斷觸點斷開，從而實現信號熔斷器的同步投退，避免操作時誤發信號，干擾調度監盤；裝置采用緊湊結構。體積較小，裝置底座設計有多類安裝孔，能滿足各種直流屏柜內的安裝要求，適用于市面上大部分廠家、不同型號的直流熔斷器改造。

如圖2，蓄電池組通過正負極直流主熔斷器接至直流母線，當電流過大時主熔斷器將熔斷，切斷蓄電池出口回路，保證蓄電池和直流母線的安全。信號回路并接在主熔斷器兩端，信號熔斷器與行程開關的動斷接點一同串接入信號回路，正負極熔斷器各有兩個信號回路，分別為公用測控柜和直流監控器提供蓄電池異常信號開入。主熔斷器刀閘與行程開關聯動，實現蓄電池出口回路和信號回路的同時接通或斷開。

圖2 總成裝置電氣原理圖

絕緣操作把手退出直流熔斷器時，隨著一體化盒蓋的打開，盒蓋底部拐臂將伸長，盒蓋打開至5°時，拐臂將觸發布置在裝置底座兩側的行程開關，行程開關動斷觸點斷開，切斷信號回路。隨著盒蓋繼續打開至10°時（圖3），主熔斷器從回路中退出，斷開了蓄電池組的出口回路，蓄電池組出口回路與信號回路的機械聯動斷開，且先退信號熔斷器后退主熔斷器。絕緣操作把手投入蓄電池時，隨著一體化盒蓋的閉合，盒蓋底部拐臂將縮短，盒蓋閉合至10°時，主熔斷器將接觸裝置底座夾型觸頭，蓄電池組出口回路導通，盒蓋繼續閉合至5°時，盒蓋底部拐臂將脫離行程開關，行程開關的動斷觸點閉合，恢復信號回路，實現蓄電池組出口回路與信號回路的同步閉合，且先投主熔斷器后投信號熔斷器。

圖3 總成裝置機械原理圖（盒蓋打開至10°時）

2 關鍵技術及試點應用

2.1 刀熔操作一體化技術

裝置結構基于刀熔操作一體化機構進行設計，即將隔離開關與熔斷器進行組合，且將絕緣操作把手與開關盒蓋一體化設計的結構。基于該技術本裝置組合了操作把手、隔離開關和熔斷器三個主要器件，其中裝置盒蓋與操作把手一體化設計基于杠桿原理，以底部支撐件為支點，盒蓋可沿支撐件呈扇形旋轉，提高刀熔開關投退操作的人機工效，使操作更省力便捷。此外盒蓋與裝置底座可方便地從底座上拆下，便于裝置和熔斷器的拆裝。采用該結構可簡化開關器件配置，降低設備成本，同時降低操作難度，提高操作效率。

圖4操作把手底部拐臂與行程開關連接圖

2.2 機械聯動技術

裝置操作基于機械聯動技術進行設計，即通過拐臂和行程開關實現刀熔開關和信號熔斷器的機械聯動，在投退主熔斷器時同步有序投退信號熔斷器（圖4）。拐臂位于裝置盒蓋底部，行程開關位于裝置底座兩旁且拐臂與行程開關緊密接觸。當拉開操作把手時，裝置盒蓋底部拐臂將伸長頂觸行程開關，行程開關動作后其動斷觸點斷開，切斷信號回路。當拉合操作把手時裝置盒蓋底部拐臂將縮短，行程開關復歸，其動斷觸點閉合，恢復信號回路。

采用機械聯動技術可極大簡化蓄電池組出口熔斷器的投退操作。傳統結構下投退蓄電池組出口熔斷器操作步驟包括：用尖嘴鉗拆除正負極信號熔斷器共4個，然后用專用操作把手拆除主熔斷器共2個，工作完成后再將這4個信號熔斷器投入和2個主熔斷器投入，共12項步驟。采用機械聯動技術設計的熔斷器總成裝置僅需用手拉合把手，一步操作便實現蓄電池出口熔斷器投退操作，將原有12項操作步驟化簡為2項，極大提高操作效率。

本文研制的組合式直流熔斷器總成裝置已于2019年試點安裝應用于中山供電局兩座110kV 變電站內直流系統，實現了蓄電池組出口熔斷器一步投退操作。在試點應用期間，操作人員進行蓄電池核容和直流系統檢修等工作，使用該裝置投退蓄電池組出口熔斷器12次，節省操作步驟144項，節省工時約720分鐘，且操作過程省力，未出現設備損壞、直流短路等安全事故。試點應用結果驗證了本文研發的組合式直流熔斷器總成裝置的實用性和安全性，表明裝置具有較大的推廣應用價值。