新型35kV快速跌落式熔断器的研制与应用

　摘要：以河南油田为例，分析了35kV跌落式熔断器运行中存在的问题，介绍了加装隔弧挡板等几种解决方案，提出了35kV跌落式熔断器的改进方案，并通过试验和现场运行验证了实施效果。

　　关键词：35kV;跌落式熔断器;研制

　　河南油田35kV配电线路主要给16条油井线路抽油机提供电力，共有配电变压器556台，主要分布在河南西南部的王集、井楼、古城、安棚、赵洼油区。这些变压器的高压侧跌落式熔断器均为RW5-35型，近几年，这些熔断器存在跌落速度慢、上压嘴易烧损、熔丝受力、操作难度大等问题，当熔断器以下部分出现问题(包括变压器低压侧短路、配电变压器烧损及熔断器下引线部分短路)时，往往会引起线路跳闸，配电线路年均跳闸约70条次，占线路跳闸总数的 50%以上，严重影响了电网的可靠运行和原油生产的连续运行，造成了巨大的经济损失。

　　一、35kV跌落式熔断器存在的问题

　　1.熔断器上压嘴容易变形。产品工艺粗糙、制造质量差、触头弹簧弹性不足，造成触头接触不良而产生火花过热。运行中由于操作不当等原因，使上压嘴变形出现“卡住”现象，当熔丝熔断后，熔管不会脱落，电弧熄灭时间长，从而引起熔管烧损及线路跳闸故障。

　　2.熔管转动轴制造的粗糙不灵活。熔管角度达不到规程要求，尤其是配备的熔管尺寸多数达不到规程要求，熔管过长将压嘴顶死，造成熔体熔断后熔管不能迅速跌落，及时将电弧切断、熄灭，造成熔管烧毁或爆炸;熔管尺寸短，合闸困难，触头接触不良，产生电火花。

　　3.小容量变压器熔丝配置偏大。由于现有熔断器的熔丝在操作及运行过程中受力较大，受熔丝机械强度的限制，35kV配电变压器绝大部分高压保险丝配置比标准大3~8倍，不能实现熔丝的合理配置。

　　4.熔管自重大，操作难度大。熔管自重约1.6kg，而且熔断器安装高度为7m，加上熔断器棒自身重量也大，在送电操作时不易对位，操作一组熔断器需要30min甚至更长时间。因此，电工在操作时直接挂铝丝或保险丝以减少操作时间。挂铝丝对线路和用电设备起不到任何保护作用，出现问题只能由变电所出口保护切除故障。单独的保险丝又没有灭弧装置，熔丝熔断后带着弧光摆动脱落，极易引起相间短路，最终导致变压器等设备烧损以及线路跳闸故障。

　　上述缺陷不但增加了维护人员的工作量，而且也促使维护人员(尤其是用户电工)的不正当使用，在线路发生故障时失去跌落式熔断器应有的保护功能，导致停电范围扩大，越级到变电所35kV出线断路器跳闸，造成全线路停电。

　　二、几种解决方案比较

　　1.加装隔弧挡板。为防止跌落式熔断器在跌落过程中，由于弧光短路造成油井线路跳闸故障，在熔断器中安装绝缘板进行隔弧。因隔弧板安装在跌落式熔断器的底座上，在大风天气，由于绝缘板挡风面积大，熔断器底座受力大，容易折断。绝缘板长期运行在野外环境，污染、受潮等导致绝缘性能不断降低，表面形成泄漏通道，极易造成人身触电事故。

　　2.熔断器上压嘴动、静触头换位。将熔断器上压嘴动、静触头进行换位，当上压嘴变形后，可以在不停电的情况下进行更换，一定程度上提高了电网运行的可靠性。但是，由于熔断器的自身重量并没有减轻，熔丝在操作过程中仍然受力，在停送电时不易操作，而且操作时间很长，影响油井电机快速投入生产。

　　3.熔丝下挂铝坠。在熔丝的下端加挂一个铅坠，当熔丝熔断后，利用铅坠自身的重量快速将熔丝从熔管下端拉出，缩短灭弧时间。但是，不能解决熔管的自身重量大，熔管投切操作困难等问题。当熔丝熔断、铝坠下落时极易砸伤地面人员，存在安全隐患。

　　上述三种方案虽从不同角度解决了熔断器存在的问题，但是都不能从根本上解决跌落式熔断器影响电网安全运行的难题。

　　三、新型35kV快速跌落式熔断器的研制

　　通过改变熔断器原有设计结构、提高熔断器跌落速度等措施，研制了35kV新型快速跌落式熔断器(图1)，达到有效切除故障、缩小线路故障停电范围的目的。

　　1.将熔断器上压嘴导电部分由压嘴形设计改为半圆形。可使上触头动、静触头接触面增大，减少发热;解决上触头“卡死”及熔管不跌落问题。

　　2.改进下触头，增加下触头弹出力。一方面将熔断器下触头设计为弹簧张力结构，当熔丝熔断后，利用弹簧的弹力快速将熔丝从下端弹出，加速灭弧; 另一方面，在送电操作时，熔丝不增加受力，实现了小容量变压器熔丝的标准配置。

　　3.统一熔管尺寸。安装时，一般情况下不用调整，在特殊情况下可以通过上螺帽的伸缩进行调整，安装调整非常方便。

　　四、现场试验

　　试验时，在35kV线路配电变压器跌落式熔断器下引线变压器接线端子处人为做三相短路，试验新型熔断器加速灭弧、脱落的过程，验证采用35kV 新型跌落式熔断器的现场使用效果。

　　1.老式熔断器短路过程。 (1)三相短路时，三相熔断器保险开始熔断，保险管下部均向下方喷弧，且中相熔断器管上部向上方喷弧。 (2)40ms后，三相熔断器两端发生严重的燃弧现象，弧光达到最大，且B、C两相熔断器管上部均向上方喷弧。 (3)第二个40ms后，除B相熔断器管上部外，三相熔断器其他部位弧光熄灭，C相熔断器管上部金属部分炸飞，保险管开始跌落。 (4)又80ms后，曰相弧光熄灭，A、B两相熔断器未跌落，整个短路过程结束。

　　2.新型熔断器短路过程。 (1)三相短路时，A、B两相熔管上、下部均向外喷弧，弧光明显减小。 (2)41.6ms后，三相熔断器弧光全部熄灭，A相熔断器开始跌落。 (3)第二个41.6ms后，B相熔断器开始跌落。 (4)第三个41.6ms后，C相熔断器开始跌落，整个短路过程结束。

　　现场试验证明了老式跌落式熔断器存在保险熔断时弧光过大、易形成弧光短路故障，跌落速度慢，易使事故范围扩大，引起变压器烧损、线路跳闸等问题。而新型跌落式熔断器在保险熔断时弧光明显减小，三相熔断器均快速跌落，不会形成弧光短路，熔断器跌落速度快，可较好地躲开线路速断保护的时间，避免事故范围扩大，达到减少变压器烧损、线路跳闸次数的目的。

　　五、实施效果

　　2007年在四条35kV配电线路的150台配电变压器上安装实施，共更换安装新型跌落式熔断器450支，2008年线路因熔断器引起的线路跳闸次数大大减少(表1)。

　　1.有效减少了跌落式熔断器原因引起的线路跳闸次数。2007年四条线路由于跌落式熔断器原因引起线路跳闸12条次，2008年同期减少为两条次，同比减少线路跳闸10条次。

　　2.有效减少了配电变压器低压侧短路引起的变压器烧损台数。2007年四条线路由于低压侧短路造成变压器烧损四台，2008年同期没有出现过变压器烧损现象。

　　3.大大提高了操作熔断器的工作效率。由于新型跌落式熔断器熔管的重量由1.6kg改为0.8kg，十分轻便，从而操作起来比较容易，熔断器送电操作时间由原来的平均用时30min，缩短到只需2mln，且由于操作方便，现在王集地区四条配电线路已基本杜绝了以保险丝、铝丝等代替熔断器熔管及熔丝的现象，用户电工也开始在油井变压器上使用新型熔断器。

　　4.有效地避免了上触头的变形问题。上触头结构由压嘴形设计改为半球形对接式后，操作简便、定位准确，避免了操作过程中的多次对位调整，大大减少了上触头的变形几率。

　　5.有效降低了职工的劳动强度。35kV新型熔断器使用后，熔断器故障率明显降低，职工巡视、更换变压器的工作量随之明显降低。

　　六、结语

　　1. 35kV老式熔断器存在的问题较多，条件允许时应逐步更换为新型跌落式熔断器。该熔断器可加速保险丝的熔断速度，当熔断器下引线处发生三相短路时，利用熔丝熔断切断短路故障，缩短了故障停电范围，提高了供电可靠性，可在油田35kV油井线路推广应用。

　　2.根据保护配置原则，当熔断器以下故障距离变电站较近时，在熔断器跌落的同时，线路出口的速断保护会瞬时动作，造成线路停电。因此，应将线路出口速断保护适当延时(0.1s)，这样，当熔断器以下故障距离变电站较近时，仅由跌落式熔断器跌落切除故障，而线路出口保护不动作，避免整条线路跳闸。

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