封閉型噴射式熔斷器替代跌落式熔斷器的可行性分析

洪偉聰HONG Wei-cong

（坦帕（福建）電氣有限公司，泉州 362000）

在10kV配電網(wǎng)線路上，高壓電通過熔斷器的進線側(cè)，再從熔斷器的低壓側(cè)接入變壓器的進線側(cè)，而熔斷器內(nèi)部安裝有高壓熔絲，不僅對變壓器起到保護的作用，而且在對變壓器進行檢修的時候，可以操作熔斷器，使得熔斷器分閘，從而使變壓器斷電，檢修人員可以對變壓器進行檢修。但是這樣也出現(xiàn)了一些問題，由于在電網(wǎng)上使用的熔斷器大部分均是跌落式熔斷器，使用令克棒便可以操作熔斷器的分合閘，故也常發(fā)生變壓器被盜的現(xiàn)象。例如2021年5月湘西花垣縣公安局破獲了一起盜竊變壓器銅絲案，犯罪團伙一年內(nèi)偷了40對臺變壓器；2022年1月四川眉山東坡區(qū)公安局也破獲了一起盜竊變壓器案，犯罪團伙一個月內(nèi)盜竊了7臺變壓器。盜竊變壓器的事件時有發(fā)生，所以跌落式熔斷器的弊端暴露得很明顯。

電網(wǎng)線路中常見的跌落式熔斷器還有一個常見的問題，跌落式熔斷器的接線端以及接觸點都是直接暴露在空氣中，這樣也會有一個問題，高壓的接線端沒有防護和絕緣，跌落式熔斷器在長期的運行中，接線端有可能會被灰塵雜質(zhì)覆蓋，甚至被腐蝕，這樣會嚴(yán)重影響線路電流的輸送。還有跌落式熔斷器的上下接觸點也是長期暴露在空氣中，由于跌落式熔斷器結(jié)構(gòu)的特點，上下觸點的接觸基本屬于點接觸，雖然接觸點的表面均有鍍銀或者鍍錫（存量的跌落式熔斷器有一部分是導(dǎo)電板沒有進行熱鍍處理，直接銅對銅接觸），但是時間久了，灰塵和雜質(zhì)更容易破壞觸點之間的接觸性，加上上下觸點均長期處于彈簧以及彈性壓板的壓力作用下，加上環(huán)境的作用，更易破壞跌落式熔斷器的接觸性能，會大大增大其電阻值，使得其接觸性降低，輕則影響線路的穩(wěn)定，重則若接觸性降低很多，在線路發(fā)生故障電流的時候沒有能夠及時熔斷熔絲，使熔斷器斷開，則故障電流將會對變壓器產(chǎn)生影響，從而影響到用戶側(cè)的用電。

跌落式熔斷器主要是保護變壓器，切斷線路上出現(xiàn)的故障電流，從而保護變壓器的正常運行，但是對于故障電流無法進行監(jiān)測，屬于變壓器高壓側(cè)的檢測盲區(qū)。據(jù)統(tǒng)計用戶分界點占配網(wǎng)故障比例高達(dá)70%左右，是故障高發(fā)區(qū)，而傳統(tǒng)的跌落式熔斷器對以后升級改造成能檢測故障的智能型的熔斷器也存在技術(shù)壁壘，實現(xiàn)的難度很大。

綜上所述，是否有一種全新的熔斷器替代傳統(tǒng)的跌落式熔斷器來解決以上的問題點，從而更好的保護變壓器，使電網(wǎng)更加安全可靠得運行。

封閉型噴射式熔斷器最大的一個特點是操作熔絲管試熔斷器處于導(dǎo)通狀態(tài)或者斷開狀態(tài)以及把熔絲管拆卸下來更換熔絲都必須用專用操作棒來操作。傳統(tǒng)的跌落式熔斷器上接觸端有一個上熔斷管套的零件，上熔斷套往外設(shè)計有一個圓形的操作拉環(huán)，操作人員只要采用頭部為T型結(jié)構(gòu)的令克棒插入拉環(huán)，用力向外拉動，變可試跌落式熔斷器分閘，從而斷開電流的輸送。而封閉型噴射式熔斷器是把下接觸點的接觸環(huán)設(shè)計成是觸點也是操作點，接觸環(huán)上端和封閉型噴射熔斷器絕緣子內(nèi)部的下觸頭卡接觸，而接觸環(huán)的下端設(shè)計成橢圓形的柱形機構(gòu)，而專用操作棒的操作頭也是設(shè)計成橢圓形的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)計有一個比外部大一些的梯形結(jié)構(gòu)，并裝有彈簧。操作時，把專用操作棒旋入令克棒的螺牙內(nèi)（常規(guī)的令克棒由五六節(jié)通過螺牙組裝而成，正常頭部為帶T型的結(jié)構(gòu)，可用于操作跌落式熔斷器、隔離開關(guān)或者柱上真空斷路器，頭部那節(jié)取下來后，便可以安裝專用操作棒），用力插入熔絲管組件的接觸環(huán)，等接觸環(huán)下端橢圓形的柱形結(jié)構(gòu)完全進去專用操作棒內(nèi)并壓縮彈簧到一定距離的時候旋轉(zhuǎn)令克棒大約90度時，熔絲筒組件便固定在專用操作棒上，此時，便可把熔絲筒送入封閉型噴射式熔斷器的內(nèi)部，用力一捅，試熔斷器合閘，然后任意方向旋轉(zhuǎn)專用操作棒大約90度，在彈簧力的作用下，專用操作棒便可自動退出接觸環(huán)，從而實現(xiàn)分離。同樣在需要取下熔絲筒時，把專用操作棒通過封閉型噴射式熔斷器的密封底座插入，在感受到有阻力并用力插進去到無法向上移動時，旋轉(zhuǎn)專用操作棒大約90度，并用力向下拔出，便可試熔絲筒脫離熔斷器，從而使其分閘斷電。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計，可以大大避免傳統(tǒng)跌落式熔斷器容易被不法分子任意操作分閘，從而盜取變壓器的事件發(fā)生，因為這種新型的熔斷器必須使用專用的操作棒進行分合閘操作，這種新結(jié)構(gòu)在保護整個電網(wǎng)的健康發(fā)展可以提供很好的幫助，如圖1所示。

圖1 封閉型噴射式熔斷器

傳統(tǒng)的跌落式熔斷器接線端以及觸點都為外露設(shè)計，長期暴露在空氣中，這樣不利于設(shè)備長時間的運行，而新型的封閉型噴射式熔斷器則采用全新的設(shè)計，采用全封閉、全絕緣的設(shè)計，解決了傳統(tǒng)跌落式熔斷器的這種缺點，筆者從以下兩點進行分析，如圖2所示。

圖2 新型的封閉型噴射式熔斷器

第一，封閉型噴射式熔斷器的上下接線采用導(dǎo)線引出。首先，上出線設(shè)計成錐形結(jié)構(gòu)，絕緣件的上端也設(shè)計成錐形結(jié)構(gòu)，這樣上出線內(nèi)表面涂上密封膠后從上端裝進去，就能起到密封作用。由于絕緣件上端為密閉結(jié)構(gòu)，上出線和上觸點進行可采用螺紋的形式進行連接。由于熔絲管的上端和上觸頭套進行連接，而上觸頭套頂部焊接有熔絲，和設(shè)計有特殊結(jié)構(gòu)的上觸頭鎖進行連接，上觸頭鎖中間加工有螺紋，這樣可以把和上出線連接的上觸頭螺桿鎖進去，在最頂端露出帶有螺紋的螺桿，整根螺桿伸出到絕緣件頂端錐形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，上出線底部澆筑有內(nèi)螺紋的嵌件，這樣兩者便可以對接了，從而實現(xiàn)上部出線的絕緣。其次，下出線主要接近絕緣件底端，同樣下出線也是采用錐形結(jié)構(gòu)，而絕緣件靠近底部的位置也設(shè)計有錐形的結(jié)構(gòu)，同樣下出線涂上密封膠后裝入絕緣件。由于絕緣件底部的空間用來裝入熔絲筒，固底部采用端子接線，用接線端子把下出線的軟銅線壓接好，然后固定到下接觸環(huán)上，同時下出線結(jié)構(gòu)的設(shè)計和上出線恰好相反，其設(shè)計有外螺紋，在接線端子鎖好后，用特殊設(shè)計的方形螺母把下出線固定在絕緣件上，從而實現(xiàn)上下引線的固定和密封。經(jīng)過試驗測試，上引線可承受住20kg的承重試驗，同時，下引線可以承受住每分鐘10回轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)試驗。所以這種結(jié)構(gòu)在實際使用中，完全滿足線路上接線拉力以及承受住各種常見環(huán)境因素的影響。

第二，傳統(tǒng)跌落式熔斷器分閘的時候采用跌落的動作，即向外彈開，從而實現(xiàn)分閘。而封閉型噴射式熔斷器觸點在絕緣件內(nèi)部，由于熔斷器安裝后成豎直狀態(tài)，內(nèi)部中空部分也成豎直狀態(tài)，固分合閘也設(shè)計成豎直動作。熔絲筒主要由熔管、接觸管、熔管彈簧、彈出標(biāo)志和接觸環(huán)組成，熔絲穿過熔管后固定在接觸環(huán)上，合閘時上部的接觸管和絕緣件內(nèi)部的上觸頭套接觸，下部的接觸環(huán)和絕緣件內(nèi)部的下觸頭卡環(huán)接觸，從而實現(xiàn)熔斷器的合閘，線路電流得以順利導(dǎo)出，分閘時，熔絲燒斷，由于接觸環(huán)固定在下觸頭卡環(huán)上，而熔管在熔管彈簧的作用下向下彈出，彈出標(biāo)志便可以露出底座蓋，這樣人肉眼便可以判斷熔斷器是否斷開，滿足柱上開關(guān)類產(chǎn)品具有可見斷開點的要求。

傳統(tǒng)跌落式熔斷器由于結(jié)構(gòu)的特點，是以跌落的動作進行分閘，上觸頭需要從上導(dǎo)電板的球形凹槽里滑出，而下觸頭在靜觸頭塊的帶動下，通過支座轉(zhuǎn)動，靜觸頭塊與下導(dǎo)電板從接觸到分離，也是產(chǎn)生了滑動的動作，固上下觸頭的接觸都只能與點接觸和線接觸的方式進行，接觸面積小，導(dǎo)致跌落式熔斷器的電阻值偏大，正常情況下跌落式熔斷器的電阻值≤1500μΩ，這也就試得整條線路的損耗增大，不利于電網(wǎng)長期穩(wěn)定健康得發(fā)展。而封閉型噴射式熔斷器可以大大解決跌落式熔斷器接觸面積小的弊端，由于封閉型噴射式熔斷器是上下運動，所以接觸部分可以全部采用圓柱型結(jié)構(gòu)。第一，固定在絕緣件上端的為上觸頭套，由于上觸頭需要有一定的張力和彈力，固采用了材料更好的紫銅型材（而不是傳統(tǒng)的T2銅材），圓柱體形狀，兩邊切開，使其具有一定的張力和彈力。而熔絲筒合閘時和上觸頭套接觸的部位采用圓柱體結(jié)構(gòu)接觸管，據(jù)實際測算，合閘時上部觸頭的接觸面積≥464mm2，這個接觸面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)跌落式熔斷器上端三點的接觸面積。第二，固定在封閉型噴射式熔斷器絕緣件接近底部的為接觸環(huán)，而下接觸環(huán)上固定有三塊下觸頭卡環(huán)，同樣的，由于下觸頭卡環(huán)需要有一定的張力和彈力，也同上觸頭套一樣采用了材料更好的紫銅型材，而為了使下觸頭有更大的接觸面積，下觸頭卡壞也是設(shè)計成圓弧形結(jié)構(gòu)，三塊平均分布在下接觸環(huán)的圓形周長上。熔絲筒合閘時，與下觸頭卡環(huán)接觸的為接觸環(huán)，由于上下運動，下接觸環(huán)也同樣設(shè)計成圓柱體結(jié)構(gòu)，據(jù)實際測算，合閘時下部觸頭的接觸面積≥434mm2，剛好與上部觸頭的接觸面積相當(dāng)，這個接觸面積也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)跌落式熔斷器下部兩點的接觸面積。而為了使熔絲熔斷，熔管帶動彈出標(biāo)志向下彈出時，熔絲筒能固定在熔斷器內(nèi)部，下觸頭卡環(huán)設(shè)計有一個凸起結(jié)構(gòu)，接觸環(huán)設(shè)計有梯形的圓柱體結(jié)構(gòu)，這樣沒有使用專用操作棒操作的情況下，在熔管彈出時，熔絲筒可牢牢固定在絕緣件內(nèi)部。而且采用上下運動的方式，可以大大減少跌落式熔斷器合閘和分閘過程中，外部力量對于接觸點的碰撞和磨損，且這種封閉型噴射式熔斷器的分合閘在密閉空間進行也避免了環(huán)境對接觸部位的影響，如圖3所示。

圖3 封閉型噴射式熔斷器分合閘

跌落式熔斷器在行業(yè)內(nèi)還有一個叫法叫做“跌落保險”，顧名思義，相當(dāng)于我們常用的空氣開關(guān)，其作為保護變壓器的一道屏障，在線路有故障電流的時候，熔斷熔絲，使熔斷器分閘，從而保護設(shè)備的安全。但是跌落式熔斷器僅有保護的功能，沒有檢測的功能，而電網(wǎng)在長期發(fā)展的過程中，越來越往智能化方向靠近，在配網(wǎng)設(shè)備能穩(wěn)定運行的同時，需要這些起保護作用的設(shè)備也同時能具有檢測的功能，即能檢測故障電流的大小，持續(xù)時間以及發(fā)生的位置和時間，這樣才能大大節(jié)省相關(guān)人員對故障點的判斷以及在最短時間內(nèi)排除故障的能力。傳統(tǒng)跌落式熔斷器的電流流經(jīng)熔管，而根據(jù)電流電壓物理原理，要能檢測電流信號以及電壓信號，則相應(yīng)的互感器需安裝在熔管上才能采集到信號，而熔管作為跌落式熔斷器分合閘動作的部件，對采集互感器以及采集控制終端會產(chǎn)生不必要的外力影響，加上熔絲熔斷時，氣體對熔管會有一定的影響，從而給采集的配件產(chǎn)生影響，所以跌落式熔斷器對后期智能化的改造有很大的阻力。而封閉型噴射式熔斷器的結(jié)構(gòu)特點，線路電流流經(jīng)整個絕緣件，在實現(xiàn)智能化的方式上，可以把絕緣件由電瓷材料升級成硅橡膠材料（內(nèi)部采用環(huán)氧樹脂用于零件裝配）或者整體環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)，把采集信號的互感器以及采集控制終端固封到絕緣件內(nèi)部，然后通過無線通信技術(shù)把采集的電流、電壓以及位置等信號傳輸?shù)阶儔浩鲀?nèi)部的智能融合終端上，通過智能融合終端向供電系統(tǒng)的后臺傳輸相應(yīng)的信號，這樣不僅可以精確檢測到某條線路的故障電流和電壓，也可以定位到具體哪臺熔斷器熔斷以及什么時間熔斷等各種信號，有利于相關(guān)人員快速排除故障，并且分析故障產(chǎn)生的原因以盡量避免類似的故障發(fā)生。

通過以上分析，在我國電網(wǎng)的健康、穩(wěn)定以及智能發(fā)展中，跌落式熔斷器由諸多的弊端，而封閉型噴射式熔斷器不僅在安全運行、絕緣性能以及長期穩(wěn)定運行，而且在實現(xiàn)智能化的路上，有更大的優(yōu)勢，特別是在今后智能化發(fā)展的路上，可以使我國在整個電網(wǎng)建設(shè)上走在全球的前沿。