10kV跌落式熔斷器的故障分析.pdf

2 0 1 1 年第 6 期 上 海 電力 1 0 k V跌落式熔斷器的故障分析 孟 寅 ， 章 志鈞 ， 王遜峰 ( 1 上海市南 電力 ( 集 團(tuán)) 有 限公 司， 上海 2 0 1 8 0 0 ； 2 上 海市電力公司 嘉定供電公司 ， 上海2 0 1 8 0 0 ) 摘要 ： 1 O k V跌落式熔 斷器是 1 O k V配 電線路分支線 和配 電變 壓器最常用 的一種短路 保護(hù)開 關(guān)。然而 ， 實(shí) 際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表 明 ： 傳統(tǒng)跌落式熔斷器 的故 障率 較高 。為保證線路 設(shè)備 的安 全穩(wěn)定運(yùn)行 ， 本 文利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 從 供電方式 、 熔斷器型號和損壞原 因三個(gè)角度對跌 落式熔斷器 的故 障進(jìn)行 了分析 ， 提出 了運(yùn)行 維護(hù)管理改進(jìn) 措 施 ， 同時(shí)為未來 跌落式熔斷器的采用提 出建議 。 關(guān)鍵詞 ： 跌 落式熔斷器 ； 絕緣支 架 ； 運(yùn)行維護(hù)管理 中圖分類號 ： T M5 6 3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 ： B 0 引言 1 O k V 跌 落式 熔 斷器是 1 O k V 配 電線路 分支 線和 配 電變壓 器 最 常 用 的 一種 短路 保 護(hù) 開 關(guān) ， 它 具有維護(hù)方便 、 價(jià)格便宜、 適應(yīng)戶外環(huán)境能力強(qiáng)等 特點(diǎn) ， 因而 被廣 泛 應(yīng) 用 于 1 0 k V 配 電線 路 和 配 電 變壓 器一 次側(cè) 而 作 為 保 護(hù) 和進(jìn) 行 設(shè) 備 投 、 切 操 作 之用 。跌 落 式 熔 斷 器 安 裝 在 1 0 k V 配 電 線 路 分 支線 上 ， 可縮 小停 電范 圍 ， 又 因其有 一個(gè) 明顯 的 斷 開點(diǎn) ， 具 備 了隔離 開關(guān) 的功 能 ， 給檢 修段 線路 和設(shè) 備創(chuàng)造了一個(gè)安全作業(yè)環(huán)境 ， 增加 了檢修人 員的 安全 感 ； 如果 安裝 在配 電變 壓器 上 ， 可 以作為 配 電 變壓 器 的主保 護(hù) 。 在 目前 的線 路 運(yùn) 行 中 ， 1 0 k V 熔 斷器 的故 障 率較高， 已經(jīng)成為 當(dāng)前線路設(shè)備故障中表現(xiàn)最 為 突 出 的 一 類 故 障口 ， 同時(shí) 熔 斷 器 故 障 處 理 在 帶 電作 業(yè)工 作 中所 占比例也 變得 越來 越大 為 了保 證線 路設(shè) 備 的安 全 穩(wěn) 定 運(yùn)行 、 降 低 帶 電作 業(yè) 的 勞 動強(qiáng) 度 ， 本文 對 日常工 作 中熔 斷 器 故 障 的統(tǒng) 計(jì) 數(shù) 據(jù)進(jìn) 行 分析 和 探討 ， 從 而 提 出減 少 1 0 k V跌 落式 熔斷器故障的改進(jìn)措施 。 1 跌落式熔 斷器 1 1 跌 落式熔 斷 的結(jié) 構(gòu)特 征 跌落式熔斷器 由絕緣支架 、 動靜觸頭、 熔絲管 三部分 組 成 。靜 觸 頭 安裝 在 絕 緣 支 座 兩 端 ， 熔 絲 管 由內(nèi)層的消弧管和外層的酚醛紙管或還氧玻璃 纖 維 布 管 組 成 。跌 落 式 熔 斷 器 適 用 于 頻 率 為 5 0 Hz 、 額 定 電壓 為 3 5 k V 及 以 下 的 電力 系 統(tǒng) 中 ， 裝在配 電變壓器高壓側(cè)或配電之干線路上 。主要 功 能有對 保 護(hù)性 能 要求 不 高 的地 方 ， 它 可 以與 隔 離 開關(guān) 配合使 用 ， 代 替 自動空 氣開 關(guān) ； 還 可 以與負(fù) 荷 開關(guān)配 合 使 用 ， 代替 價(jià)格 高 昂的 斷路 器 。同時(shí) 還具 有短 路保 護(hù) 、 過 載及 隔離 電路 。 以 P RWl 0型 熔 斷 器 為 例 ， 它 由絕 緣 支 架 和 熔 絲管兩 部分 組成 ， 靜觸 頭安 裝在 絕緣 支架兩 端 ， 動觸 頭安 裝 在 熔 絲管 兩 端 。產(chǎn) 品 運(yùn)行 時(shí) ， 系 串聯(lián) 在線路 中， 正常工作時(shí) ， 當(dāng)熔絲張緊后 ， 使熔絲管 上 、 下 的活動 關(guān)節(jié)鎖 緊 ， 故熔 絲管 能在靜 觸頭 的壓 力下處于合 閘位置。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障， 故障電流 使熔絲迅速熔斷 ， 并形成 電弧 ， 熔絲管內(nèi)襯的消弧 管受 電弧 的灼 熱 作 用 而分 解 出大 量氣 體 ， 使 管 內(nèi) 形成 很 高壓力 ， 并 沿管道 形成 強(qiáng)烈 縱吹 ， 使 電弧迅 速拉 長 ， 在 電流過零 時(shí) ， 由于 強(qiáng)烈 去游離 作用 而熄 滅 。熔絲 熔 斷 后 ， 上 、 下 部 動 觸 頭 失 去 張力 而 下 翻 ， 使鎖 緊機(jī) 構(gòu)釋放 ， 熔 絲管 在觸 頭彈力 和熔 絲管 自身重量的作用下 ， 回轉(zhuǎn)跌落 ， 形成明顯可見的隔 離 間隙 。 1 2跌 落式 熔斷 器 的工作原 理 當(dāng)熔絲管兩端的動 觸頭依靠熔 絲( 熔 體) 系 緊 ， 將 上 動觸 頭推 入 “ 鴨 嘴 ” 凸 出部 分 后 ， 磷 銅 片 等 制 成 的 上 靜 觸 頭 頂 著 上 動 觸 頭 ， 故 而 熔 絲 管 牢 固地 卡 在 “ 鴨 嘴 ” 里 。 當(dāng)短 路 電流 通 過 熔 絲 熔 斷 時(shí) ， 產(chǎn) 生 電 弧 ， 熔 絲 管 內(nèi) 襯 的鋼 紙 管 在 電 弧 作 用下產(chǎn)生 大量 的氣體 因熔 絲管上 端被封 死 ， 氣 體向下端噴出 ， 吹滅 電弧。由于熔絲熔斷 ， 熔絲 管的上下 動觸頭 失去熔 絲 的系 緊力 ， 在 熔絲 管 自身重力和上、 下靜觸頭彈簧 片的作 用下 ， 熔 絲 管迅速跌落 ， 使 電路斷開 ， 切除故障段線路 或者 故 障設(shè)備 。 一 49 7 上 海 電力 2 0 1 1 年第6 期 1 3 幾種跌 落式 熔斷 器的 比較 目前 國 內(nèi)使 用 的跌 落 式 熔 斷 器 類 型 主 要 有 3 3型 、 HR W 型 、 P R W4 P R W 1 0型 。3 3型 熔 斷 器又稱 鴨 嘴式熔 斷 器 ， 由其 上 觸頭 形 狀 似 鴨 嘴得 名， 其材質(zhì)為瓷質(zhì)， 體積較大， 重量較重 ， 螺母上下 接頭處 和現(xiàn) 在裝 置不符 ， 因而在 1 9 9 5年后 不再生 產(chǎn) 。對 于正 在使 用 中的 3 3型熔 絲 普遍 使 用 年 限 超 過 了 2 0年 ， 處 在 合 理 更 換 熔 斷 器 的 周 期 內(nèi) 。 HR W 型熔 斷器 為 以灰 色 硅 膠 為 主 體 的熔 斷 器 ， 由于 其容 量 上 限 為 1 0 0 A， 對 于 日益 增 長 的 負(fù)荷 需 求 和新 線 路 容量 的增加 ， 低容 量 的 HRW 型熔 斷器 也將 逐 漸退 出 歷 史 的舞 臺 。P R W4 P R W 1 0 作為 新 時(shí)代 的熔 斷器 ， 它 的主 要 構(gòu)造 仿 造 了 日本 熔斷 器 的結(jié)構(gòu) ， 材質(zhì) 也有 硅橡膠 和瓷 瓶兩 種規(guī)格 。 在容 量上 ， 它也 打破 了原 有熔斷 器 1 0 0 A 的上 限 ， 提升 到 了 1 2 5 A、 1 5 0 A、 2 0 0 A 等不 同的 規(guī)格 ， 為 適應(yīng) 新 時(shí)代 的電力供 應(yīng)需 求 ， 奠 定 了堅(jiān)實(shí) 的基礎(chǔ) 。 2故障情況統(tǒng)計(jì)及分析 本文 根據(jù) 上海市 電力公 司嘉 定供 電公 司帶 電 作業(yè) 組在 2 0 1 0年 5月 1 O月更 換 熔 斷器 情 況 的 數(shù)據(jù) 進(jìn)行 統(tǒng)計(jì) 分析 。 2 1 供 電方式 角 度統(tǒng)計(jì) 分析 1 0 k V跌落式熔斷器的供電方式一般有高壓 用 戶變 和系統(tǒng) 變 ( 包 括桿 變和廂 變 ) 兩種 。根據(jù) 供 電方式 統(tǒng) 計(jì) 的 跌 落式 熔 斷 器 故 障數(shù) 據(jù) 如 表 1 所示 。 表 1 供 電方式角度跌 落式熔 斷器故 障統(tǒng)計(jì)表 供電方式 故障數(shù)量 熔斷器總數(shù) 故障率 ( ) 高壓用戶變 3 3 1 5 4 9 2 1 3 系統(tǒng)變 3 O 1 6 5 7 1 8 1 由表 1 可見 ， 高壓用戶變相 比較于系統(tǒng)變?nèi)?斷 器故 障率較 高 ， 究 其 原 因 主要 是 由于 用 戶變 通 常 裝接 容量較 大 ， 造 成 通 過跌 落 式 熔 斷 器 的 電流 也 較大 ， 而且 不能 排除個(gè) 別用 戶有 超容量 等情 況 。 對于大容量用戶 ， 其用 電設(shè) 備的啟動電流通 常也 較大， 故跌落式熔 斷器經(jīng)常性地受到大電流的沖 擊 ， 由此引起熔斷器故障頻發(fā) 。而在 3 3付用戶變 熔絲故障中， 用戶裝接容量在 1 0 0 0 k VA及以上 的有 2 O付 ， 占用 戶變?nèi)劢z 故障 總數(shù) 的 6 0 6 。 可見 ， 大容量用戶變的熔絲故障率較高， 建議采用 柱上 開關(guān) 。而 系統(tǒng)變?nèi)?斷器 由于受 沖擊 電流 的可 能性小 ， 因而 其故 障率沒有高 壓用 戶變?nèi)?斷器 一 4 9 8一 的高 。 2 2 熔斷 器型 號角 度統(tǒng)計(jì) 分析 現(xiàn)今在 用 的跌 落 式熔 斷器 型 號 主要 有 4種 ， 分別 為 ： 3 3型 、 HR W 型 、 P R W 1 0型 、 P R W4型 。 根 據(jù)故 障 熔 斷 器 的型 號 進(jìn) 行 統(tǒng) 計(jì) 的 數(shù) 據(jù) 如 表 2 所示 表 2 熔斷器型號角度跌落式熔 斷器故 障統(tǒng)計(jì)表 熔斷器型號 故障數(shù)量 熔斷器總數(shù) 故 障率 ( ) 3 3型 l 5 7 3 7 2 0 3 HRW 型 2 5 1 2 9 4 1 9 3 0 oo PRW1 o型 2 3 1 1 7 5 1 9 6 PRW4型 0 3 8 7 3 O 由表 2可 見 ， 3 3型跌 落 式熔 斷 器 的故 障 率最 高 ， 其 次 是 P R W 1 0型 ， HR W 型 比 P R W 1 0型稍 低 ， 而 P R W4型 暫 時(shí) 未 出 現(xiàn) 故 障 。分 析 原 因?yàn)?， 3 3型跌 落式 熔斷器 本體 結(jié)構(gòu) 設(shè) 計(jì) 上 的缺 陷 ， 再加 上 已接 近 壽命 終 期 導(dǎo) 致 了較 高 的故 障 率 ； HRW 型也 由于結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 的 問題 表 現(xiàn) 出一 定 的 故 障率 ； P RW1 0型 由于瓷 鐵 結(jié)合 處 制造 質(zhì) 量 問題 而 導(dǎo)致 較高的故障率 ； 而 P R W4型 由于從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了 改進(jìn) ， 且絕緣支柱部分采用軟質(zhì)硅橡膠制作 ， 不存 在傳統(tǒng)瓷質(zhì)熔斷器由于瓷鐵結(jié)合膨脹系數(shù)不一致 而導(dǎo)致的故障 ， 因而故障率極低。現(xiàn)今 ， 嘉定供電 公 司供 電范 圍 普 遍 采 用 了 P R W4型 跌 落 式熔 斷 器 ， 對原 有 的幾 種熔 斷器 逐步進(jìn) 行更 換 。 2 3損 壞原 因角 度統(tǒng)計(jì) 分析 跌落式熔斷器損壞原因主要有兩種 ： 上觸座 燒壞； 瓷瓶斷裂。當(dāng)熔管上觸頭與熔 斷器帽蓋的 接觸 面 積偏小 時(shí) ， 接 觸 電阻就增 大 ， 從 而導(dǎo) 致熔 管 上觸 頭 或熔 斷 器 帽 蓋 燒 壞 。3 3型熔 絲 由于 早 期 生產(chǎn) 工 藝 因 瓷 、 鐵 、 水 泥 等膨 脹 系 數(shù)不 匹配 ， 因熱 脹 冷 縮 引 起 瓷 質(zhì) 絕 緣 子 與 上 下 嵌 件 脫 落 。 P Rw1 0型 熔 斷器 瓷 瓶 斷裂 位 于 中部 指 甲鐵 件 嵌 入 處 ， 由于支 架鐵 件 嵌 入處 的 內(nèi)孔 及嵌 件未 有 效 涂 布 1 0號瀝 青緩 沖層 ， 這樣 就有 可能造 成絕緣 子 的嵌件 與膠合 劑接 觸處 有熱應(yīng) 力產(chǎn) 生而 導(dǎo)致絕 緣 子斷裂 ； 另外 嵌件 與瓷 件 結(jié) 合部 位 上 的 膠合 劑 表 面無防水涂料封涂 ， 使 得雨水順著膠合劑表面及 內(nèi)部 的孔 隙滲入 到 瓷 件 的球 窩 處 長期 積 聚 ， 導(dǎo) 致 膠 合劑 加快 膨脹 ， 這 樣 也 容 易造 成 熔 斷 器 瓷絕 緣 子斷裂 。按 照損 壞原 因統(tǒng)計(jì) 的數(shù) 據(jù)如 圖 1 所 示 。 由 圖 1可見 ， 上 觸 座燒 壞 占了熔 斷 器故 障原 因的 2 3多， 是熔斷器故障的主要原因， 所以為減 少跌落式熔斷器的故障 ， 應(yīng)將熔斷器上觸座的結(jié) 2 0 1 1 年第 6 期 上 海 電力 圖 l 損 壞 原 因 角 廈 烙 斷 器 故 障統(tǒng) 計(jì) 圖 構(gòu)作 出改 進(jìn) ， 使 得 上 觸 座 與熔 管 帽蓋 的接 觸 面 增 大 ， 改變傳統(tǒng)點(diǎn)接觸 的方式而向面接觸形式發(fā)展 。 瓷瓶 斷裂 也是 熔 斷器 故 障 的又 一 重 要 方 面 ， 鑒 于 傳 統(tǒng)熔 斷 器絕緣 支 柱 采 用 瓷 件 所 帶來 的 問題 ， 新 型熔 斷器 的絕 緣 支 架 應(yīng) 采 用 軟質(zhì) 硅 橡 膠 材 料 制 作 ， 同時(shí)也加強(qiáng) 了跌落式熔斷器防止污閃放電的 性 能 。 3運(yùn)行維護(hù)管理措施 為使熔斷器能更可靠 、 安全的運(yùn)行 ， 除按規(guī)程 要求嚴(yán)格地選擇正規(guī)廠家生產(chǎn)的合格產(chǎn)品及配件 ( 包 括熔 件等 ) 外 ， 在 運(yùn) 行 維 護(hù) 管 理 中應(yīng) 特 別 注 意 以下 事項(xiàng) ： 1 )熔斷器具額定 電流與熔體及負(fù)荷 電流值 是否匹配合適 ， 若配合不當(dāng)必須進(jìn)行調(diào)整 。 2 )熔斷器的每次操作須仔細(xì)認(rèn)真 ， 不可粗心 大意 ， 特別 是合 閘操 作， 必須 使動 、 靜 觸 頭接 觸 良好 。 3 )熔管內(nèi)必須使用標(biāo)準(zhǔn)熔體 ， 禁止用銅絲鋁 絲代替熔體 ， 更不準(zhǔn)用銅絲、 鋁絲及鐵絲將觸頭綁 扎住使 用 。 4 )對新 安 裝或 更換 的熔 斷 器 ， 要嚴(yán) 格驗(yàn) 收 工 序 ， 必 須 滿 足 規(guī) 程 質(zhì) 量 要 求 ， 熔 管 安 裝 角 度 達(dá) 到 2 5 。 左 右 的傾 下角 。 5 )熔體熔斷后應(yīng)更換新的同規(guī)格熔體 ， 不可 將 熔 斷后 的熔體 聯(lián) 結(jié)起來 再裝 入熔 管 繼續(xù)使 用 。 6 )應(yīng) 定 期對 熔 斷器 進(jìn)行 巡視 ， 每月 不少 于 一 次 夜 間巡視 ， 查看 有 無放 電火 花和 接觸 不 良現(xiàn)象 ， 有 放 電 ， 會伴 有 嘶嘶 的響聲 ， 要 盡早 安排 處理 。 4 結(jié) 語 本 文 通 過 對 嘉 定 供 電公 司 帶 電 作 業(yè) 組 2 0 1 0 年 5 1 O月份帶 電調(diào)換的 6 3套故 障熔斷器的分 析 ， 找出了目前熔斷器故障頻發(fā)的一些原因， 并根 據(jù) 分析 結(jié)果 針對 性 地 提 出 了一 些 改 進(jìn) 意見 ， 對 減 少 熔絲 故 障 、 提 高線 路 運(yùn) 行 穩(wěn)定 性 做 出 了有益 的 探 索 。主要 的結(jié)論 如 下 ： 1 )由于用 戶裝 接 容 量在 1 0 0 0 k VA 及 以上 的高壓 用戶熔 斷器 故 障率 較 高 ， 因此 建議 在 以后 線 路 規(guī) 劃 、 設(shè) 計(jì) 中 ， 對 1 0 0 0 k