12 kV户外跌落式喷射熔断器开断试验失败原因分析

王金辉，王飞鸣，赵义松，郎福成,3，金 鑫,3

(1.辽宁东科电力有限公司，辽宁 沈阳 110179；2.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；3.国网高电压强电流实验室，辽宁 沈阳 110006)

熔断器安装在配电站变压器，可作为变压器主保护；安装在10 kV配电网线路分支线，可缩小停电范围[1-5]。熔断器遇故障开断后，载熔件自然跌落形成开断点，具备隔离开关的功能，给检修线路和设备创造了安全的作业环境，提高了检修人员的安全感，因此在配电站变压器保护和10 kV配电网线路分支线保护得到普及。

熔断器分为2种结构：一种是带有释放压力帽的双端排气结构；另一种是单端向下排气结构[6-10]。第一种结构在开断大电流故障时,上端帽的低熔点薄熔片融化脱落形成双端排气，在三相同时开断时向上排出的热气流有造成电源端相间连弧的隐患。目前国家电网有限公司招标采购标准明确要求采用单端向下排气结构的熔断器。

1 开断试验情况

某公司对熔断器送检样品进行开断试验抽检，按照国标GB/T 15166.3—2008要求：试验电压为12 kV；试验电流为12.5 kA；开断试验检验为试验方式1“零角度合闸试验”。试验电气原理如图1所示。

图1中，DS1、DS2、DS3为隔离开关；CB1、CB2为保护断路器；CB3为合闸断路器；T1为短路试验变压器；SP为试品；TA为测量用电流互感器;L为可调电抗器；CVT1、CVT2为测量用分压器；R0为调频电阻；C0、Cd为调频电容。

通过对零角度合闸试验开断失败的示波图分析，在预期开断故障电流的第1个自然过零点和第2个自然过零点都没有任何介质有恢复开断故障电流的能力；通过查看失败试品的损坏情况，试品载熔件上端触头帽都已不见，只剩下熔管，在远处找到飞出的上触头座。开断试验前熔断器试品如图2所示，开断试验后熔断器试品如图3所示，熔断器合理配置电弧缩短杆开断试验成功如图4所示。

2 原因分析

a.对失败样品进行分析，除个别产品存在质量缺陷外，主要原因是熔断器没有合理配置重要部件“电弧缩短杆”。电弧缩短杆是用于调整熔断件溶体处于熔管偏端帽或偏尾口位置的重要部件，由于电弧缩短杆缺失使熔断器溶体的实际位置处于载熔件偏端帽位置，当遇到大电流短路故障时溶体熔断起弧位置与尾口位置距离长，在电弧熄灭前电弧的长度比有电弧缩短杆的熔断器长，电弧能量大，加热产气材料产生的高压气体压力超出设计值很多，不能及时向尾口排出，导致上端帽与熔管的连接处承受过高应力而脱离。同时由于上端帽与熔管的脱离，高压气体无法沿管道向下强烈纵吹拉长电弧建立介质恢复过程，没有形成开断条件，短路电流一直持续到被保护断路器切除，开断失败，样品损坏严重。

b.对配置电弧缩短杆而其他部分没有改动的熔断器载熔件复检时，进行“零角度合闸试验”开断成功，验证了电弧缩短杆在熔断器开断大电流短路故障试验时的重要性。开断成功示波如图5所示，开断失败示波如图6所示。

c.电弧缩短杆的长度用来调整熔断器熔体相对于尾口的距离，使载熔件灭弧管内气体压力可以可靠灭弧[11-15]。基于熔断器的自能熄弧原理，没有配置电弧缩短杆的熔断器对于小电流短路故障有开断能力，并通过进行开断试验方式3、4、5得到验证。目前国家电网有限公司对于熔断器招标采购形式为熔断件与主体结构部分(包括底座和载熔件)分别招标，而电弧缩短杆由于安装时与熔断件(熔丝)连接在一起使用，主体部分招标厂家为节约成本把电弧缩短杆解释为是熔丝的一部分，这样就导致熔断器缺少了电弧缩短杆。

3 熔断器配电网系统原理

依据国标GB/T 15166.3—2008《高压交流熔断器 第3部分：喷射熔断器》确定的开断试验方式1-5的试验电流，对应熔断器在主配电站变压器距离远近及发生不同故障形式产生的故障电流不同，熔断器承受的最大苛刻度也不同。熔断器配电网系统如图7所示，不同故障点对应的故障电流如下。

故障点1：配电站变压器T1高压侧端头短路故障，由于距离主配电站变压器T0距离很近，熔断器RQ1开断故障电流对应标准短路开断试验方式1，额定开断电流为I1。

故障点2：配电站变压器T2高压侧端头短路故障，由于距离主配电站变压器T0距离较远，线路阻抗值较大，熔断器RQ2开断故障电流对应标准短路开断试验方式2，额定开断电流为(60%～80%)I1。

故障点3：配电站变压器T3高压侧端头短路故障，由于距离主配电站变压器T0距离很远，线路阻抗值很大，熔断器RQ3开断故障电流对应标准短路开断试验方式3，额定开断电流为(20%～30%)I1。

故障点4：配电站变压器T1低压侧端头短路故障，熔断器RQ1开断故障电流对应标准短路开断试验方式4，额定开断电流为400～500 A。

故障点5：熔断器RQ2开断故障电流为低过载电流，开断电流为所配用熔断件时间-电流特性曲线10 s数量级对应的电流。

通过熔断器在配电网系统安装位置的不同可以看出，如果没有配置电弧缩短杆的熔断器安装在图7中故障点1的位置，配电站变压器T1高压侧端头短路故障时由于距离主配电站变压器T0距离很近且阻抗小，熔断器RQ1开断故障电流最大达到开断试验方式1的额定开断电流I1。由于没有配置电弧缩短杆，熔断器不具备开断大电流短路故障能力导致开断失败，线路故障没有及时切除造成主线路系统保护断路器跳闸，故障面扩大。

4 结论

a.通过对30支熔断器进行开断试验方式1“零角度合闸试验”，开断均失败，样品损坏严重，主要原因是熔断器没有配置重要部件“电弧缩短杆”，不具备开断较大电流短路故障能力。

b.对安装于非常靠近主配电站变压器及配电网线路分支线的熔断器合理配置电弧缩短杆，及时排除隐患，当发生大电流短路故障时能够可靠开断故障线路，缩小故障范围，保障系统安全运行。

c.本文研究结果可为国家电网有限公司物资采购提供技术支持。