10kV跌落式熔断器的故障分析.pdf

2 0 1 1 年第 6 期 上 海 电力 1 0 k V跌落式熔断器的故障分析 孟 寅 ， 章 志钧 ， 王逊峰 ( 1 上海市南 电力 ( 集 团) 有 限公 司， 上海 2 0 1 8 0 0 ； 2 上 海市电力公司 嘉定供电公司 ， 上海2 0 1 8 0 0 ) 摘要 ： 1 O k V跌落式熔 断器是 1 O k V配 电线路分支线 和配 电变 压器最常用 的一种短路 保护开 关。然而 ， 实 际运行经验表 明 ： 传统跌落式熔断器 的故 障率 较高 。为保证线路 设备 的安 全稳定运行 ， 本 文利用统计数据 从 供电方式 、 熔断器型号和损坏原 因三个角度对跌 落式熔断器 的故 障进行 了分析 ， 提出 了运行 维护管理改进 措 施 ， 同时为未来 跌落式熔断器的采用提 出建议 。 关键词 ： 跌 落式熔断器 ； 绝缘支 架 ； 运行维护管理 中图分类号 ： T M5 6 3 文献标志码 ： B 0 引言 1 O k V 跌 落式 熔 断器是 1 O k V 配 电线路 分支 线和 配 电变压 器 最 常 用 的 一种 短路 保 护 开 关 ， 它 具有维护方便 、 价格便宜、 适应户外环境能力强等 特点 ， 因而 被广 泛 应 用 于 1 0 k V 配 电线 路 和 配 电 变压 器一 次侧 而 作 为 保 护 和进 行 设 备 投 、 切 操 作 之用 。跌 落 式 熔 断 器 安 装 在 1 0 k V 配 电 线 路 分 支线 上 ， 可缩 小停 电范 围 ， 又 因其有 一个 明显 的 断 开点 ， 具 备 了隔离 开关 的功 能 ， 给检 修段 线路 和设 备创造了一个安全作业环境 ， 增加 了检修人 员的 安全 感 ； 如果 安装 在配 电变 压器 上 ， 可 以作为 配 电 变压 器 的主保 护 。 在 目前 的线 路 运 行 中 ， 1 0 k V 熔 断器 的故 障 率较高， 已经成为 当前线路设备故障中表现最 为 突 出 的 一 类 故 障口 ， 同时 熔 断 器 故 障 处 理 在 带 电作 业工 作 中所 占比例也 变得 越来 越大 为 了保 证线 路设 备 的安 全 稳 定 运行 、 降 低 带 电作 业 的 劳 动强 度 ， 本文 对 日常工 作 中熔 断 器 故 障 的统 计 数 据进 行 分析 和 探讨 ， 从 而 提 出减 少 1 0 k V跌 落式 熔断器故障的改进措施 。 1 跌落式熔 断器 1 1 跌 落式熔 断 的结 构特 征 跌落式熔断器 由绝缘支架 、 动静触头、 熔丝管 三部分 组 成 。静 触 头 安装 在 绝 缘 支 座 两 端 ， 熔 丝 管 由内层的消弧管和外层的酚醛纸管或还氧玻璃 纤 维 布 管 组 成 。跌 落 式 熔 断 器 适 用 于 频 率 为 5 0 Hz 、 额 定 电压 为 3 5 k V 及 以 下 的 电力 系 统 中 ， 装在配 电变压器高压侧或配电之干线路上 。主要 功 能有对 保 护性 能 要求 不 高 的地 方 ， 它 可 以与 隔 离 开关 配合使 用 ， 代 替 自动空 气开 关 ； 还 可 以与负 荷 开关配 合 使 用 ， 代替 价格 高 昂的 断路 器 。同时 还具 有短 路保 护 、 过 载及 隔离 电路 。 以 P RWl 0型 熔 断 器 为 例 ， 它 由绝 缘 支 架 和 熔 丝管两 部分 组成 ， 静触 头安 装在 绝缘 支架两 端 ， 动触 头安 装 在 熔 丝管 两 端 。产 品 运行 时 ， 系 串联 在线路 中， 正常工作时 ， 当熔丝张紧后 ， 使熔丝管 上 、 下 的活动 关节锁 紧 ， 故熔 丝管 能在静 触头 的压 力下处于合 闸位置。当系统发生故障， 故障电流 使熔丝迅速熔断 ， 并形成 电弧 ， 熔丝管内衬的消弧 管受 电弧 的灼 热 作 用 而分 解 出大 量气 体 ， 使 管 内 形成 很 高压力 ， 并 沿管道 形成 强烈 纵吹 ， 使 电弧迅 速拉 长 ， 在 电流过零 时 ， 由于 强烈 去游离 作用 而熄 灭 。熔丝 熔 断 后 ， 上 、 下 部 动 触 头 失 去 张力 而 下 翻 ， 使锁 紧机 构释放 ， 熔 丝管 在触 头弹力 和熔 丝管 自身重量的作用下 ， 回转跌落 ， 形成明显可见的隔 离 间隙 。 1 2跌 落式 熔断 器 的工作原 理 当熔丝管两端的动 触头依靠熔 丝( 熔 体) 系 紧 ， 将 上 动触 头推 入 “ 鸭 嘴 ” 凸 出部 分 后 ， 磷 铜 片 等 制 成 的 上 静 触 头 顶 着 上 动 触 头 ， 故 而 熔 丝 管 牢 固地 卡 在 “ 鸭 嘴 ” 里 。 当短 路 电流 通 过 熔 丝 熔 断 时 ， 产 生 电 弧 ， 熔 丝 管 内 衬 的钢 纸 管 在 电 弧 作 用下产生 大量 的气体 因熔 丝管上 端被封 死 ， 气 体向下端喷出 ， 吹灭 电弧。由于熔丝熔断 ， 熔丝 管的上下 动触头 失去熔 丝 的系 紧力 ， 在 熔丝 管 自身重力和上、 下静触头弹簧 片的作 用下 ， 熔 丝 管迅速跌落 ， 使 电路断开 ， 切除故障段线路 或者 故 障设备 。 一 49 7 上 海 电力 2 0 1 1 年第6 期 1 3 几种跌 落式 熔断 器的 比较 目前 国 内使 用 的跌 落 式 熔 断 器 类 型 主 要 有 3 3型 、 HR W 型 、 P R W4 P R W 1 0型 。3 3型 熔 断 器又称 鸭 嘴式熔 断 器 ， 由其 上 触头 形 状 似 鸭 嘴得 名， 其材质为瓷质， 体积较大， 重量较重 ， 螺母上下 接头处 和现 在装 置不符 ， 因而在 1 9 9 5年后 不再生 产 。对 于正 在使 用 中的 3 3型熔 丝 普遍 使 用 年 限 超 过 了 2 0年 ， 处 在 合 理 更 换 熔 断 器 的 周 期 内 。 HR W 型熔 断器 为 以灰 色 硅 胶 为 主 体 的熔 断 器 ， 由于 其容 量 上 限 为 1 0 0 A， 对 于 日益 增 长 的 负荷 需 求 和新 线 路 容量 的增加 ， 低容 量 的 HRW 型熔 断器 也将 逐 渐退 出 历 史 的舞 台 。P R W4 P R W 1 0 作为 新 时代 的熔 断器 ， 它 的主 要 构造 仿 造 了 日本 熔断 器 的结构 ， 材质 也有 硅橡胶 和瓷 瓶两 种规格 。 在容 量上 ， 它也 打破 了原 有熔断 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 规格 ， 为 适应 新 时代 的电力供 应需 求 ， 奠 定 了坚实 的基础 。 2故障情况统计及分析 本文 根据 上海市 电力公 司嘉 定供 电公 司带 电 作业 组在 2 0 1 0年 5月 1 O月更 换 熔 断器 情 况 的 数据 进行 统计 分析 。 2 1 供 电方式 角 度统计 分析 1 0 k V跌落式熔断器的供电方式一般有高压 用 户变 和系统 变 ( 包 括杆 变和厢 变 ) 两种 。根据 供 电方式 统 计 的 跌 落式 熔 断 器 故 障数 据 如 表 1 所示 。 表 1 供 电方式角度跌 落式熔 断器故 障统计表 供电方式 故障数量 熔断器总数 故障率 ( ) 高压用户变 3 3 1 5 4 9 2 1 3 系统变 3 O 1 6 5 7 1 8 1 由表 1 可见 ， 高压用户变相 比较于系统变熔 断 器故 障率较 高 ， 究 其 原 因 主要 是 由于 用 户变 通 常 装接 容量较 大 ， 造 成 通 过跌 落 式 熔 断 器 的 电流 也 较大 ， 而且 不能 排除个 别用 户有 超容量 等情 况 。 对于大容量用户 ， 其用 电设 备的启动电流通 常也 较大， 故跌落式熔 断器经常性地受到大电流的冲 击 ， 由此引起熔断器故障频发 。而在 3 3付用户变 熔丝故障中， 用户装接容量在 1 0 0 0 k VA及以上 的有 2 O付 ， 占用 户变熔丝 故障 总数 的 6 0 6 。 可见 ， 大容量用户变的熔丝故障率较高， 建议采用 柱上 开关 。而 系统变熔 断器 由于受 冲击 电流 的可 能性小 ， 因而 其故 障率没有高 压用 户变熔 断器 一 4 9 8一 的高 。 2 2 熔断 器型 号角 度统计 分析 现今在 用 的跌 落 式熔 断器 型 号 主要 有 4种 ， 分别 为 ： 3 3型 、 HR W 型 、 P R W 1 0型 、 P R W4型 。 根 据故 障 熔 断 器 的型 号 进 行 统 计 的 数 据 如 表 2 所示 表 2 熔断器型号角度跌落式熔 断器故 障统计表 熔断器型号 故障数量 熔断器总数 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 见 ， 3 3型跌 落 式熔 断 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 暂 时 未 出 现 故 障 。分 析 原 因为 ， 3 3型跌 落式 熔断器 本体 结构 设 计 上 的缺 陷 ， 再加 上 已接 近 寿命 终 期 导 致 了较 高 的故 障 率 ； HRW 型也 由于结构 设计 的 问题 表 现 出一 定 的 故 障率 ； P RW1 0型 由于瓷 铁 结合 处 制造 质 量 问题 而 导致 较高的故障率 ； 而 P R W4型 由于从结构上进行了 改进 ， 且绝缘支柱部分采用软质硅橡胶制作 ， 不存 在传统瓷质熔断器由于瓷铁结合膨胀系数不一致 而导致的故障 ， 因而故障率极低。现今 ， 嘉定供电 公 司供 电范 围 普 遍 采 用 了 P R W4型 跌 落 式熔 断 器 ， 对原 有 的几 种熔 断器 逐步进 行更 换 。 2 3损 坏原 因角 度统计 分析 跌落式熔断器损坏原因主要有两种 ： 上触座 烧坏； 瓷瓶断裂。当熔管上触头与熔 断器帽盖的 接触 面 积偏小 时 ， 接 触 电阻就增 大 ， 从 而导 致熔 管 上触 头 或熔 断 器 帽 盖 烧 坏 。3 3型熔 丝 由于 早 期 生产 工 艺 因 瓷 、 铁 、 水 泥 等膨 胀 系 数不 匹配 ， 因热 胀 冷 缩 引 起 瓷 质 绝 缘 子 与 上 下 嵌 件 脱 落 。 P Rw1 0型 熔 断器 瓷 瓶 断裂 位 于 中部 指 甲铁 件 嵌 入 处 ， 由于支 架铁 件 嵌 入处 的 内孔 及嵌 件未 有 效 涂 布 1 0号沥 青缓 冲层 ， 这样 就有 可能造 成绝缘 子 的嵌件 与胶合 剂接 触处 有热应 力产 生而 导致绝 缘 子断裂 ； 另外 嵌件 与瓷 件 结 合部 位 上 的 胶合 剂 表 面无防水涂料封涂 ， 使 得雨水顺着胶合剂表面及 内部 的孔 隙渗入 到 瓷 件 的球 窝 处 长期 积 聚 ， 导 致 胶 合剂 加快 膨胀 ， 这 样 也 容 易造 成 熔 断 器 瓷绝 缘 子断裂 。按 照损 坏原 因统计 的数 据如 图 1 所 示 。 由 图 1可见 ， 上 触 座烧 坏 占了熔 断 器故 障原 因的 2 3多， 是熔断器故障的主要原因， 所以为减 少跌落式熔断器的故障 ， 应将熔断器上触座的结 2 0 1 1 年第 6 期 上 海 电力 图 l 损 坏 原 因 角 厦 烙 断 器 故 障统 计 图 构作 出改 进 ， 使 得 上 触 座 与熔 管 帽盖 的接 触 面 增 大 ， 改变传统点接触 的方式而向面接触形式发展 。 瓷瓶 断裂 也是 熔 断器 故 障 的又 一 重 要 方 面 ， 鉴 于 传 统熔 断 器绝缘 支 柱 采 用 瓷 件 所 带来 的 问题 ， 新 型熔 断器 的绝 缘 支 架 应 采 用 软质 硅 橡 胶 材 料 制 作 ， 同时也加强 了跌落式熔断器防止污闪放电的 性 能 。 3运行维护管理措施 为使熔断器能更可靠 、 安全的运行 ， 除按规程 要求严格地选择正规厂家生产的合格产品及配件 ( 包 括熔 件等 ) 外 ， 在 运 行 维 护 管 理 中应 特 别 注 意 以下 事项 ： 1 )熔断器具额定 电流与熔体及负荷 电流值 是否匹配合适 ， 若配合不当必须进行调整 。 2 )熔断器的每次操作须仔细认真 ， 不可粗心 大意 ， 特别 是合 闸操 作， 必须 使动 、 静 触 头接 触 良好 。 3 )熔管内必须使用标准熔体 ， 禁止用铜丝铝 丝代替熔体 ， 更不准用铜丝、 铝丝及铁丝将触头绑 扎住使 用 。 4 )对新 安 装或 更换 的熔 断 器 ， 要严 格验 收 工 序 ， 必 须 满 足 规 程 质 量 要 求 ， 熔 管 安 装 角 度 达 到 2 5 。 左 右 的倾 下角 。 5 )熔体熔断后应更换新的同规格熔体 ， 不可 将 熔 断后 的熔体 联 结起来 再装 入熔 管 继续使 用 。 6 )应 定 期对 熔 断器 进行 巡视 ， 每月 不少 于 一 次 夜 间巡视 ， 查看 有 无放 电火 花和 接触 不 良现象 ， 有 放 电 ， 会伴 有 嘶嘶 的响声 ， 要 尽早 安排 处理 。 4 结 语 本 文 通 过 对 嘉 定 供 电公 司 带 电 作 业 组 2 0 1 0 年 5 1 O月份带 电调换的 6 3套故 障熔断器的分 析 ， 找出了目前熔断器故障频发的一些原因， 并根 据 分析 结果 针对 性 地 提 出 了一 些 改 进 意见 ， 对 减 少 熔丝 故 障 、 提 高线 路 运 行 稳定 性 做 出 了有益 的 探 索 。主要 的结论 如 下 ： 1 )由于用 户装 接 容 量在 1 0 0 0 k VA 及 以上 的高压 用户熔 断器 故 障率 较 高 ， 因此 建议 在 以后 线 路 规 划 、 设 计 中 ， 对 1 0 0 0 k