國網(wǎng)福建省電力有限公司 莊 嚴 趙 歡 陳偉博 黃云程 張國燦 楊志豪 劉曉磊 單 鐳

1 研究背景

高壓熔斷器作為一種保護電力設(shè)備免受短路、過載電流損害的保護裝置，其應(yīng)當具備容量大、可靠性及安全性高、機械特性好等特點。

現(xiàn)變電站內(nèi)使用的10kV高壓電容器外熔斷器均采用拉簧異型彈簧、弓型彈簧等作為動力機構(gòu)，在裝置發(fā)生熔斷時彈出保險絲。這種設(shè)計方案雖能保證保險絲熔斷后立即彈出，增加上下饋電端子間的安全距離，但在安裝上卻需要花費較高的人力和時間成本[1]。安裝人員需經(jīng)過一系列較為繁瑣的步驟，花費較多的精力才能完成安裝工作。首先需將帶有彈簧的端子固定在電容器瓷瓶受電端子上，再將上節(jié)彈簧壓緊折成一定角度，最后還需擰緊上節(jié)饋電端子，不僅安裝費時費力且存在一定安全隱患。一方面，在上述安裝過程中，彈簧極有可能滑走擊傷周圍的安裝人員；另一方面，在10kV高壓電容器外熔斷器熔絲熔斷后，熔斷器內(nèi)部的軟線會由彈簧甩出，此時不僅可能甩傷瓷瓶，更可能錯搭其它端子并造成短路。為解決這些問題，工作人員研究設(shè)計了許多方法。

文獻[2]研究設(shè)計了一種新型高壓熔絲及與其配合且方便安裝的應(yīng)急搶修高壓熔絲裝置，不僅方便運維人員隨身攜帶，也縮短了熔斷器故障維修作業(yè)時長，避免了延時送電，同時對變壓器也起到了一定的保護作用；文獻[3]設(shè)計了一種可快速更換的套管式高壓熔斷器，可有效避免傳統(tǒng)可拆卸式熔斷器可能造成的因穩(wěn)定性差而掉落砸傷工人的事件。運維人員徒手即可完成套管式高壓熔斷器的裝拆過程，操作方便、實用性更佳，大幅降低了高壓熔斷器在運行過程中的安全隱患。

文獻[4]針對傳統(tǒng)高壓熔斷設(shè)備在短時間內(nèi)發(fā)生多次熔斷時，作業(yè)人員的維修頻率以及相應(yīng)的威脅時間顯著增加的問題及設(shè)備的實際使用效率降低的情況，提出了一種新型的電力高壓熔斷器，通過裝置內(nèi)部的旋動箱體與驅(qū)動馬達以及旋動箱體上下側(cè)設(shè)置的對稱配合板實現(xiàn)了裝置自動更換熔斷電阻的功能，使得新型電力高壓熔斷器在熔斷電阻熔斷后能夠得以及時、有效更換，保護電路設(shè)備。

但上述方案無法徹底解決傳統(tǒng)高壓電容器外熔斷器問題，本文為徹底解決傳統(tǒng)技術(shù)方案帶來的安裝困難、安全隱患等問題，設(shè)計了一種一體化新型高壓電容器外熔斷器。區(qū)別于傳統(tǒng)的10kV高壓電容器外熔斷器，采用了獨特的雙節(jié)絕緣管結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括上節(jié)絕緣管和下節(jié)絕緣管。上節(jié)絕緣管的下端與下節(jié)絕緣管的上端內(nèi)外套接。上節(jié)絕緣管的上端和下節(jié)絕緣管的下端分別引出上節(jié)雙孔饋電端子和下節(jié)饋電端子。上節(jié)雙孔饋電端子位于上節(jié)絕緣管內(nèi)一端連接有保險絲，保險絲下端通過連接端子與銅軟線的上端相連。銅軟線貫穿過下節(jié)絕緣管與下節(jié)饋電端子相連而在下節(jié)絕緣管內(nèi)一端連接有彈出壓簧，彈出壓簧另一端與上節(jié)絕緣管的下端相抵接。

本文所設(shè)計的一體化新型高壓電容器外熔斷器不僅可避免安裝人員單手作業(yè)、雙手分離操作帶來的危險，且熔斷器熔斷后上下饋電端子間的安全距離也得到了有效保證。

2 設(shè)計方案

2.1 裝置結(jié)構(gòu)

本文為解決傳統(tǒng)技術(shù)方案帶來的安裝困難、安全隱患等問題，提供了一種一體化新型高壓電容器外熔斷器的設(shè)計方案（圖1）。

圖1 高壓隔離開關(guān)的帶電維護裝置結(jié)構(gòu)

一體化的新型高壓電容器外熔斷器包括上節(jié)絕緣管、下節(jié)絕緣管、上節(jié)雙孔饋電端子、下節(jié)饋電端子、保險絲、銅軟線、連接端子、輸出端子、彈出壓簧、保險銷、滅弧耐高溫套管、上節(jié)螺釘、下節(jié)螺釘?shù)?。其中，上?jié)絕緣管的下端與下節(jié)絕緣管的上端內(nèi)外套接，上節(jié)絕緣管的上端和下節(jié)絕緣管的下端分別內(nèi)嵌安裝有上節(jié)雙孔饋電端子和下節(jié)饋電端子。上節(jié)雙孔饋電端子位于上節(jié)絕緣管內(nèi)一端連接有保險絲，保險絲由黃銅或紫銅鍍錫壓合而成，下節(jié)饋電端子的內(nèi)部固定貫穿設(shè)有銅軟線，銅軟線6的下端連接有輸出端子。

為確保保險絲熔斷后實現(xiàn)安全彈出，下節(jié)饋電端子與下節(jié)絕緣管內(nèi)的一端連接有彈出壓簧，彈出壓簧線徑為2mm、自由長度為150mm。彈出壓簧另一端與上節(jié)絕緣管的下端相抵接。當上節(jié)絕緣管內(nèi)部的保險絲熔斷后，彈出壓簧以最快的速度讓下節(jié)端脫離上節(jié)端形成安全距離。為實現(xiàn)安裝的方便性和防止自然條件下彈性弓張對熔斷器的延展，因此在上節(jié)絕緣管和下節(jié)絕緣管之間設(shè)計了保險銷。保險銷在上節(jié)絕緣管的下端與下節(jié)絕緣管的上端重合套接處沿徑向貫穿設(shè)置。

安裝人員在安裝好上下端饋端端子并確認安裝正確牢固后，則可拔掉保險銷。拔掉保險銷后，由保險絲連接銅軟線牽引著下節(jié)絕緣管，保持彈出壓簧的上端直接頂壓在上節(jié)絕緣管的底端，形成了彈簧壓縮的彈性形變狀態(tài)。因此在當保險絲熔斷后，下節(jié)絕緣管可與上節(jié)絕緣管迅速分離，形成安全距離。上節(jié)雙孔饋電端子位于上節(jié)絕緣管內(nèi)，一端連接有滅弧耐高溫套管，滅弧耐高溫套管罩設(shè)于保險絲外側(cè)。滅弧耐高溫套管的作用是使保險絲熔斷后滅弧，以防止著火。圖2即為一體化的新型高壓電容器外熔斷器整體隱藏絕緣管結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 整體隱藏絕緣管結(jié)構(gòu)示意圖

此外，上節(jié)雙孔饋電端子連接端嵌入上節(jié)絕緣管的上端后通過若干個周向陣列分布的上節(jié)螺釘鎖緊固定，下節(jié)饋電端子連接端嵌入下節(jié)絕緣管的下端后同樣通過若干個周向陣列分布的下節(jié)螺釘鎖緊固定。圖3為一體化的新型高壓電容器外熔斷器整體爆炸結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 整體爆炸結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 材料選用

在材料的選用上，上節(jié)雙孔饋電端子和下節(jié)饋電端子均由紫銅加工而成。上節(jié)雙孔饋電端子上連體了車值規(guī)格為M10的螺柱，在螺柱上設(shè)計了輸出為兩孔的紫銅端子。下節(jié)饋電端子上設(shè)計了車值為M16的螺柱。M16的螺柱外部與下節(jié)絕緣管下端螺接，內(nèi)部貫穿保險絲后壓緊憋合固定。上節(jié)絕緣管和下節(jié)絕緣管均采用玻璃鋼或者纖維材料。

上節(jié)雙孔饋電端子采用紫銅或其它電阻率較小的金屬導(dǎo)體制造，其末端設(shè)計了鈑金端子套筒，使其與保險絲形成憋合。銅軟線穿過下節(jié)絕緣筒末端的鈑金端子套筒并進行壓緊憋合，末端直接與輸出端子的壓緊憋合；保險絲的下端通過連接端子與銅軟線的上端相連，連接端子實現(xiàn)了銅軟線和保險絲憋合，憋合連接可利用工具液壓工具或沖壓壓緊。

2.3 整體效果

一方面，一體化新型高壓電容器外熔斷器=的上下雙節(jié)絕緣管壓縮彈出壓簧的設(shè)計，使得上節(jié)絕緣管內(nèi)保險絲熔斷后，彈出壓簧能以最快速度讓下節(jié)絕緣管脫離上節(jié)絕緣管，從而形成安全距離，確保產(chǎn)品的彈出安全性；另一方面，這種一體化新型高壓電容器外熔斷器在上節(jié)絕緣管和下節(jié)絕緣管之間安裝了保險銷。保險銷的作用是限制保險絲的不正常拉伸，避免運輸、搬動等外在因素對保險管的負面影響，使得保險絲的物理性在安裝完成前不被改變。

最后，一體化新型高壓電容器外熔斷器內(nèi)安裝的銅軟線處于內(nèi)置端張緊、外置端柔性松弛的狀態(tài)。這使得輸出端子可自由調(diào)整位置，給安裝作業(yè)帶來了便利。相較于傳統(tǒng)熔斷器裝置需耗費較大人力將彈簧壓緊的安裝方式，該設(shè)計更為省時省力、且免去了安裝人員單手作業(yè)、雙手分離操作帶來的危險。

綜上，傳統(tǒng)的10kV高壓電容器外熔斷器均采用拉簧、異型彈簧、弓型彈簧等作為彈出發(fā)力源，確保熔斷器熔斷后能立馬彈出形成安全距離。但此種設(shè)計方案一方面使得熔斷器的安裝工序較為繁瑣，給現(xiàn)場作業(yè)帶來了較高的時間和人力成本。另一方面一旦保險絲熔斷，內(nèi)部軟線直接由彈簧甩出，軟線在飛出套筒后可能甩傷瓷瓶或錯搭其它端子而造成短路、帶來一定的安全隱患。因此本文為解決傳統(tǒng)技術(shù)方案的缺陷，提供了一種一體化新型高壓電容器外熔斷器的設(shè)計方案。

這種新型的高壓電容器外熔斷器設(shè)計了上下兩節(jié)絕緣管，上節(jié)絕緣管的上端和下節(jié)絕緣管的下端分別引出上節(jié)雙孔饋電端子和下節(jié)饋電端子，上下兩節(jié)絕緣管間壓縮彈出壓簧，使得上節(jié)絕緣管內(nèi)的保險絲熔斷后、彈出壓簧能以最快的速度讓下節(jié)絕緣管脫離上節(jié)絕緣管，與傳統(tǒng)的技術(shù)方案相比其安全性能大大提高。另一方面，新型的高壓電容器外熔斷器相較于傳統(tǒng)熔斷器裝置而言，改良了需要耗費較大人力將彈簧壓緊的安裝方式，使安裝更為省時省力，且免去了安裝人員單手作業(yè)、雙手分離操作帶來的危險。

因此，本文所研究設(shè)計的一體化新型高壓電容器外熔斷器不僅具有相當?shù)膽?yīng)用價值，也對高壓熔斷器的創(chuàng)新設(shè)計有一定的借鑒和參考意義。