35 kV戶外電壓互感器插拔式一次保險的研制與應用

李興旺 易克松

貴州電網遵義供電局 貴州 遵義 563000

引言:熔斷器（保險）是最簡單的一種保護電器,它是在電氣設備承受大的電流時,先于被保護的電氣設備而熔斷,起到保護該電氣設備免受過載和短路電流的損害。35 kV戶外母線、線路電壓互感器,都經過戶外高壓（限流）熔斷器（一次保險）加以保護。現在使用的熔斷器由熔芯及外瓷套組成。從實際運行情況來看,一次側雷電過電壓,一次側操作或故障時造成的各種振蕩回路,導致系統出現諧振過電壓,致使線路電壓互感器鐵心飽和,造成繞組過電流,熔斷器熔芯熔斷。更換熔芯的工作對于運維人員來說不分刮風下雨,白天黑夜。由于無專供工作人員登高作業的平臺,加之設備銹蝕等原因,工作人員在更換熔芯時,由于一次保險瓷質外套卡、螺栓等長期暴露在空氣中容易銹蝕,每次拆、裝保險熔管因銹蝕嚴重需使用電動工具進行操作,非常困難。同時更換一次保險需在構架完成,四周無可靠著力點,更換作業存在存在極大的安全風險。本項目旨在研制插拔式一次瓷套研究、制作,將在高空更換一次保險作業挪至地面進行,解決高空作業風險,提高工作效率,降低人力資源成本。

一、戶外35 kV電壓互感器熔斷器現狀及使用情況

1.戶外35 kV電壓互感器RW系列-35/0.5高壓限流熔斷器

35-110 kV常規變電站,35 kV戶外電壓互感器的短路保護裝置所大量采用的型號型號為RW系列-35/0.5的高壓限流熔斷器,主要用于電壓互感器短路保護和過載保護。其外觀示意圖如圖1所示:

圖1 熔斷器的外觀圖

熔斷器是由熔斷體管、瓷套、緊固法蘭、棒形支柱絕緣子和接線端帽等組成。用壓裝的方法將兩端的接線端帽和熔體管固定在瓷套內,然后用緊固法蘭把瓷套固定在棒形支柱絕緣子上。

2.限流熔斷器的工作原理

熔體管采用含氧化硅較高的原料作滅弧介質,應用小直徑的金屬線作熔芯。當過載電流或短路電流通過熔體管時,熔芯立即熔斷,電弧發生在幾條并聯的窄縫中,電弧中的金屬蒸汽滲入石英砂中,被強烈游離,迅速把電弧熄滅。所以,這種熔斷器性能好,開斷容量大。課題所分析的熔斷器是保護電壓互感器的高壓熔斷器,在選擇過程中只需要按照額定電壓和短路容量兩項來選擇。

3.該熔斷器的工作要求及相關技術參數

該熔斷器為保護電壓互感器的高壓熔斷器,在應用過程中,其工作要求如下:

（1）高壓熔斷器安裝地點適用于海拔1000米下。

（2）工作的環境溫度不高于+40℃,不低于-40℃使用,不適用于有燃燒、爆炸危險、劇烈振動、擺動沖擊的場所及重污區。

（3）該熔斷器允許水平或垂直安裝。

（4）熔體管的數據與線路的使用電壓和額定電流不符時,不得接入線路使用。

（5）熔體管熔斷后,用戶可自行將接線帽拆開,更換同樣規格和性能要求的熔體管。

戶外35 kV電壓互感器RW系列-35/0.5高壓限流熔斷器相關的技術參數如表1所示。

表1 RW系列-35/0.5高壓限流熔斷器參數表

4.戶外RW系列-35/0.5高壓限流熔斷器的拆裝使用情況

（1）由于RW-35型戶外高壓限流熔斷器是水平安裝的,當熔體熔斷后,需要更換熔體管。要先將熔體管一端與鋁排或導線連接的螺栓卸掉,以方便打開熔體管的接線端帽,然后擰開熔斷器接線固定卡扣的螺栓,取下接線端兩個固定卡扣,這時接線端帽與熔斷器分離,管內的熔體管被頂出,即可進行更換。恢復時,由于彈簧壓力比較大,需要一人用力固定接線端帽,將熔體管頂到合適的位置,另一個人才能緊固接線端帽固定卡扣上的四個螺栓。更換時,至少需要兩個人要通力合作,密切配合才能順利進行。如果位置不合適,螺栓就不能緊固到指定位置,安裝起來非常困難,更換一次熔體管大約需要1-3個小時。

（2）拆裝RW-35型戶外高壓限流熔斷器時,運維人員需要登高在距地面3米的高壓設備構架上,又要半蹲著,勞動強度較大,而且安全措施不易布置,安全繩無法可靠綁好。拆裝過程需要身強力壯的2-3位男職工來進行操作,給班組人員配置帶來極大不便。RW-35/0.5型熔管仍為前蘇聯設計產品,尺寸為Φ53×610mm,重量較大,構架位置太小,操作危險性極高。

（3）由于設備長期在戶外運行,各連接螺絲銹蝕嚴重,更換熔管時,一般須采用鋸弓、銼刀或者電動工具將引流線及硬母線兩端連接螺絲進行除銹,甚至切割等操作,工作難度很大。如果固定卡扣上的螺栓銹蝕,還需對銹蝕螺絲進行除銹和松動處理,若十字螺絲內口磨損,還需將十字螺絲磨成六角形狀,用扳手拆裝,操作起來就變得更加困難,同時,銹蝕螺栓經常會因拆卸不當斷裂在端線卡扣中,一旦螺栓斷裂熔斷器將報廢,必須更換整套瓷絕緣套管,更換時間隨之延長而且生產成本也隨之提高。

（4）由于熔絲更換時間過長,對電壓互感器回路所接的保護（如故障解列、備用自投、重合閘）電能計量的影響很大,不利于電網的安全穩定運行。

二、35 kV戶外電壓互感器插拔式一次保險的研制與應用主要做法

1.研制35 kV戶外電壓互感器的必要性

針對35 kV戶外高壓（限流）熔斷器在實際運行中存在的問題,結合電網安全,研制插拔式戶外戶外高壓（限流）熔斷器,將在高空更換作業挪至地面進行,解決高空作業風險,提高工作效率,降低人力資源成本。

2.開發了安全高效的35 kV戶外高壓限流熔斷器。

2.1 一種新型熔斷器,其特征機構如圖2所示。

圖2 產品的成品示意圖

（1）新型熔斷器包含兩個豎直的支柱絕緣子,支柱絕緣子（硅橡膠的傘裙柱）上端包含一個平墊片,平墊片朝外伸出為接線端子,還包含豎直的限位片,限位片邊側為觸頭,兩個支柱絕緣子之間的觸頭之間能夠放置絕緣套管,絕緣套管內部能夠穿過熔斷件,熔斷件導電連接觸頭以及接線端子。

（2）新型熔斷器使用的時候,當熔斷件熔斷后,向上頂出絕緣套管,隨即拆下絕緣套管,絕緣套管內的熔斷件能夠被更換。所述絕緣套管上包含絕緣裙邊,絕緣裙邊使得絕緣性能更好。

（3）新型熔斷器兩個支柱絕緣子的上端和下端上各自通過螺栓連接對接件。作為優選,支柱絕緣子的固定螺栓包含兩個,兩個螺栓使得固定效果更好,保持絕緣套管的不受母排及引流線的應力而扭曲。觸頭和熔斷件之間還包含塔形彈簧6,塔形彈簧為金屬材質。塔形彈簧方便導通和擠壓,而且為固定件。

（4）新型熔斷器觸頭包含多個夾持金屬板,即觸頭夾。多個夾持金屬板之間包含夾持空隙,夾持間隙中能夾持絕緣套管。新型熔斷器觸頭為不同于塔形彈簧的夾持方式和夾持結構,能迅速拆裝絕緣套管。

2.2 產品的安裝、維護

（1）熔斷器可垂直安裝,也可水平或傾斜安裝。

（2）將熔斷器底座用 M10螺桿連接并固定。

（3）將接線端子兩端通過Ф11孔與硬母線及引流線連接并緊固。

（4）應保持熔斷器的清潔,定時清除熔斷器表面的灰塵污物。

2.3 產品的更換 當熔斷件一相或兩相熔斷時,應更換所有三個熔斷件。當熔斷件動作后需要更換時,可參考下列方法。

（1）用專用工具將絕緣套管從空中取下。

（2）用十字螺絲刀穿過觸頭的孔,擰開觸頭,取出內部的熔斷件。

（3）更換同規格型號的熔斷件,將觸頭與連接件連接并擰緊,更換時注意密封圈不得遺漏。

（4）用專用工具將絕緣套管7托起并安裝在觸頭夾內。

2.4 從外觀上可發現新型產品有以下幾個優點:

（1）相比于老式產品的陶瓷結構,新型產品采用了硅橡膠做為絕緣,產品穩定性高、可塑性強、分散性小,不易破碎。

（2）新型產品重量大幅減小,相對于老式產品23Kg的重量,新產品僅為12.5Kg,更為輕便。

（3）新型產品采用兩個絕緣子做為支撐,更加牢固穩定。

（4）新型產品采用了插拔式結構,更換時無需拆卸硬母線及引流線,極為方便,節約時間和精力。

（5）操作人員無需爬上高空,在地面用專用工具即可拆裝,避免了高空作業的風險。

（6）新型產品的絕緣子上下孔均采用了雙孔定位,確保了產品不受母排及引流線的應力而發生變形扭曲。

三、35 kV戶外電壓互感器插拔式一次保險的研制與應用的實施效果

1.從外觀上可發現新型產品有以下幾個優點:

（1）相比于老式產品的陶瓷結構,新型產品采用了硅橡膠做為絕緣外護套,產品穩定性高、可塑性強、分散性小,不易破碎。

（2）新型產品重量大幅減小,相對于老式產品23Kg的重量,新產品僅為12.5Kg;更為輕便,方便運維人員操作。

2.從產品尺寸和結構上可發現新型產品有以下幾個優點:

（1）新型產品采用兩個支柱絕緣子做為支撐,更加牢固穩定。

（2）新型產品采用了插拔式結構,更換時無需拆卸硬母線及引流線,極為方便,節約時間和精力。

（3）操作人員無需爬上高空,在地面用專用工具即可拆裝,避免了高空作業的風險。

（4）新型產品的支柱絕緣子上下孔均采用了雙孔定位,確保了產品不受母排線的應力而發生變形扭曲。

3.熔斷器套管（安裝原件）對比:老式產品安裝、拆卸均需拆裝4個螺絲方可進行熔斷件更換,且4個螺絲孔極難對正,費時費力;新型產品只需用螺絲刀擰開螺紋即可更換熔斷件,方便快捷。

4.內部熔斷器及安裝原件對比:

老式產老式產品內部熔斷件為前蘇聯產品,尺寸為Φ53×610,強度差、開斷能力小,且易爆炸,重量大,單手高空拆裝操作難度大;新型產品內部熔斷件為引進英國技術產品,尺寸為Φ25×465,開斷能力大,可達50KA,穩定性高,重量輕,單手安裝操作不費力。

老式產品密封圈和接觸彈簧均無固定,易掉落,尤其拆卸時彈簧容易蹦出,安裝時彈簧卡入困難,密封圈容易丟失,造成漏水,有安全隱患;新型產品密封圈和接觸彈簧均有限位并固定,不會掉落,安裝方便,使用安全,管內不易漏水。

四、35 kV戶外電壓互感器插拔式一次保險的研制與應用的現實意義及經濟效益

1.35 kV戶外電壓互感器插拔式一次保險研制的現實意義。

通過35 kV戶外電壓互感器插拔式一次保險研制在電氣設備上的應用,一次保險（熔斷體）更換拆裝即方便又安全、即快捷又簡單,較好的解決了一次熔體管更換難的問題,保障電網安全、經濟、穩定運行,可在相關高、低壓設備上全面推廣使用,能將變電站35 kV高壓熔斷體更換工作的危險性降低到最低程度。

2.35 kV戶外電壓互感器插拔式一次保險研制的經濟效益。

（1）按照供電公司更換熔斷體的年/頻次,舊保險更換每次3支保險管（熔斷件）3人,且為年富力強的男性職工最為適合操作,每支用時接近2小時,還需至少兩人不間斷工作,每年因更換保險管登高工作的安全風險及更換保險的人員成本預占變電運維成本很大比例。插拔式一次保險的研制成功使得原來的保險更換能夠在地面通過絕緣工具完成,只需1人,幾分鐘完成工作,使得更換保險管工作成為一項簡單的運維工作,因此,人員成本及登高風險大幅降低,大幅提高供電企業勞動生產率。

（2）按照上述原RW型一次保險的更換時間測算,因母線、線路電壓互感器所接的保護（如故障解列、備用自投、重合閘）電能計量的影響很大,容易造成電網安全運行成本高漲,造成電能計量損失。新型插拔式一次保險的研制在時間成本上大大降低,將因更換一次保險對電網安全運行和電能計量造成的損失大幅降低。

（3）35 kV戶外電壓互感器插拔式一次保險研制,可帶動熔斷器研發和制造單位的客觀經濟收入,新增就業以及帶動地方經濟發展。