12 kV戶外跌落式噴射熔斷器開(kāi)斷試驗(yàn)失敗原因分析

王金輝，王飛鳴，趙義松，郎福成,3，金 鑫,3

(1.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110179；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；3.國(guó)網(wǎng)高電壓強(qiáng)電流實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110006)

熔斷器安裝在配電站變壓器，可作為變壓器主保護(hù)；安裝在10 kV配電網(wǎng)線路分支線，可縮小停電范圍[1-5]。熔斷器遇故障開(kāi)斷后，載熔件自然跌落形成開(kāi)斷點(diǎn)，具備隔離開(kāi)關(guān)的功能，給檢修線路和設(shè)備創(chuàng)造了安全的作業(yè)環(huán)境，提高了檢修人員的安全感，因此在配電站變壓器保護(hù)和10 kV配電網(wǎng)線路分支線保護(hù)得到普及。

熔斷器分為2種結(jié)構(gòu)：一種是帶有釋放壓力帽的雙端排氣結(jié)構(gòu)；另一種是單端向下排氣結(jié)構(gòu)[6-10]。第一種結(jié)構(gòu)在開(kāi)斷大電流故障時(shí),上端帽的低熔點(diǎn)薄熔片融化脫落形成雙端排氣，在三相同時(shí)開(kāi)斷時(shí)向上排出的熱氣流有造成電源端相間連弧的隱患。目前國(guó)家電網(wǎng)有限公司招標(biāo)采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)明確要求采用單端向下排氣結(jié)構(gòu)的熔斷器。

1 開(kāi)斷試驗(yàn)情況

某公司對(duì)熔斷器送檢樣品進(jìn)行開(kāi)斷試驗(yàn)抽檢，按照國(guó)標(biāo)GB/T 15166.3—2008要求：試驗(yàn)電壓為12 kV；試驗(yàn)電流為12.5 kA；開(kāi)斷試驗(yàn)檢驗(yàn)為試驗(yàn)方式1“零角度合閘試驗(yàn)”。試驗(yàn)電氣原理如圖1所示。

圖1中，DS1、DS2、DS3為隔離開(kāi)關(guān)；CB1、CB2為保護(hù)斷路器；CB3為合閘斷路器；T1為短路試驗(yàn)變壓器；SP為試品；TA為測(cè)量用電流互感器;L為可調(diào)電抗器；CVT1、CVT2為測(cè)量用分壓器；R0為調(diào)頻電阻；C0、Cd為調(diào)頻電容。

通過(guò)對(duì)零角度合閘試驗(yàn)開(kāi)斷失敗的示波圖分析，在預(yù)期開(kāi)斷故障電流的第1個(gè)自然過(guò)零點(diǎn)和第2個(gè)自然過(guò)零點(diǎn)都沒(méi)有任何介質(zhì)有恢復(fù)開(kāi)斷故障電流的能力；通過(guò)查看失敗試品的損壞情況，試品載熔件上端觸頭帽都已不見(jiàn)，只剩下熔管，在遠(yuǎn)處找到飛出的上觸頭座。開(kāi)斷試驗(yàn)前熔斷器試品如圖2所示，開(kāi)斷試驗(yàn)后熔斷器試品如圖3所示，熔斷器合理配置電弧縮短桿開(kāi)斷試驗(yàn)成功如圖4所示。

2 原因分析

a.對(duì)失敗樣品進(jìn)行分析，除個(gè)別產(chǎn)品存在質(zhì)量缺陷外，主要原因是熔斷器沒(méi)有合理配置重要部件“電弧縮短桿”。電弧縮短桿是用于調(diào)整熔斷件溶體處于熔管偏端帽或偏尾口位置的重要部件，由于電弧縮短桿缺失使熔斷器溶體的實(shí)際位置處于載熔件偏端帽位置，當(dāng)遇到大電流短路故障時(shí)溶體熔斷起弧位置與尾口位置距離長(zhǎng)，在電弧熄滅前電弧的長(zhǎng)度比有電弧縮短桿的熔斷器長(zhǎng)，電弧能量大，加熱產(chǎn)氣材料產(chǎn)生的高壓氣體壓力超出設(shè)計(jì)值很多，不能及時(shí)向尾口排出，導(dǎo)致上端帽與熔管的連接處承受過(guò)高應(yīng)力而脫離。同時(shí)由于上端帽與熔管的脫離，高壓氣體無(wú)法沿管道向下強(qiáng)烈縱吹拉長(zhǎng)電弧建立介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程，沒(méi)有形成開(kāi)斷條件，短路電流一直持續(xù)到被保護(hù)斷路器切除，開(kāi)斷失敗，樣品損壞嚴(yán)重。

b.對(duì)配置電弧縮短桿而其他部分沒(méi)有改動(dòng)的熔斷器載熔件復(fù)檢時(shí)，進(jìn)行“零角度合閘試驗(yàn)”開(kāi)斷成功，驗(yàn)證了電弧縮短桿在熔斷器開(kāi)斷大電流短路故障試驗(yàn)時(shí)的重要性。開(kāi)斷成功示波如圖5所示，開(kāi)斷失敗示波如圖6所示。

c.電弧縮短桿的長(zhǎng)度用來(lái)調(diào)整熔斷器熔體相對(duì)于尾口的距離，使載熔件滅弧管內(nèi)氣體壓力可以可靠滅弧[11-15]。基于熔斷器的自能熄弧原理，沒(méi)有配置電弧縮短桿的熔斷器對(duì)于小電流短路故障有開(kāi)斷能力，并通過(guò)進(jìn)行開(kāi)斷試驗(yàn)方式3、4、5得到驗(yàn)證。目前國(guó)家電網(wǎng)有限公司對(duì)于熔斷器招標(biāo)采購(gòu)形式為熔斷件與主體結(jié)構(gòu)部分(包括底座和載熔件)分別招標(biāo)，而電弧縮短桿由于安裝時(shí)與熔斷件(熔絲)連接在一起使用，主體部分招標(biāo)廠家為節(jié)約成本把電弧縮短桿解釋為是熔絲的一部分，這樣就導(dǎo)致熔斷器缺少了電弧縮短桿。

3 熔斷器配電網(wǎng)系統(tǒng)原理

依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 15166.3—2008《高壓交流熔斷器 第3部分：噴射熔斷器》確定的開(kāi)斷試驗(yàn)方式1-5的試驗(yàn)電流，對(duì)應(yīng)熔斷器在主配電站變壓器距離遠(yuǎn)近及發(fā)生不同故障形式產(chǎn)生的故障電流不同，熔斷器承受的最大苛刻度也不同。熔斷器配電網(wǎng)系統(tǒng)如圖7所示，不同故障點(diǎn)對(duì)應(yīng)的故障電流如下。

故障點(diǎn)1：配電站變壓器T1高壓側(cè)端頭短路故障，由于距離主配電站變壓器T0距離很近，熔斷器RQ1開(kāi)斷故障電流對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)短路開(kāi)斷試驗(yàn)方式1，額定開(kāi)斷電流為I1。

故障點(diǎn)2：配電站變壓器T2高壓側(cè)端頭短路故障，由于距離主配電站變壓器T0距離較遠(yuǎn)，線路阻抗值較大，熔斷器RQ2開(kāi)斷故障電流對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)短路開(kāi)斷試驗(yàn)方式2，額定開(kāi)斷電流為(60%～80%)I1。

故障點(diǎn)3：配電站變壓器T3高壓側(cè)端頭短路故障，由于距離主配電站變壓器T0距離很遠(yuǎn)，線路阻抗值很大，熔斷器RQ3開(kāi)斷故障電流對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)短路開(kāi)斷試驗(yàn)方式3，額定開(kāi)斷電流為(20%～30%)I1。

故障點(diǎn)4：配電站變壓器T1低壓側(cè)端頭短路故障，熔斷器RQ1開(kāi)斷故障電流對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)短路開(kāi)斷試驗(yàn)方式4，額定開(kāi)斷電流為400～500 A。

故障點(diǎn)5：熔斷器RQ2開(kāi)斷故障電流為低過(guò)載電流，開(kāi)斷電流為所配用熔斷件時(shí)間-電流特性曲線10 s數(shù)量級(jí)對(duì)應(yīng)的電流。

通過(guò)熔斷器在配電網(wǎng)系統(tǒng)安裝位置的不同可以看出，如果沒(méi)有配置電弧縮短桿的熔斷器安裝在圖7中故障點(diǎn)1的位置，配電站變壓器T1高壓側(cè)端頭短路故障時(shí)由于距離主配電站變壓器T0距離很近且阻抗小，熔斷器RQ1開(kāi)斷故障電流最大達(dá)到開(kāi)斷試驗(yàn)方式1的額定開(kāi)斷電流I1。由于沒(méi)有配置電弧縮短桿，熔斷器不具備開(kāi)斷大電流短路故障能力導(dǎo)致開(kāi)斷失敗，線路故障沒(méi)有及時(shí)切除造成主線路系統(tǒng)保護(hù)斷路器跳閘，故障面擴(kuò)大。

4 結(jié)論

a.通過(guò)對(duì)30支熔斷器進(jìn)行開(kāi)斷試驗(yàn)方式1“零角度合閘試驗(yàn)”，開(kāi)斷均失敗，樣品損壞嚴(yán)重，主要原因是熔斷器沒(méi)有配置重要部件“電弧縮短桿”，不具備開(kāi)斷較大電流短路故障能力。

b.對(duì)安裝于非?？拷髋潆娬咀儔浩骷芭潆娋W(wǎng)線路分支線的熔斷器合理配置電弧縮短桿，及時(shí)排除隱患，當(dāng)發(fā)生大電流短路故障時(shí)能夠可靠開(kāi)斷故障線路，縮小故障范圍，保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。

c.本文研究結(jié)果可為國(guó)家電網(wǎng)有限公司物資采購(gòu)提供技術(shù)支持。