一种组合式直流熔断器总成装置研制

广东电网有限责任公司中山供电局 温云龙 范德和 罗海鑫 肖 星 曾令诚 曾庆祝 林 蔚

变电站低压直流系统作为电力系统和通信系统中自动控制、继电保护和信号装置的供电电源，由交流输入、充电装置、馈电屏、蓄电池组、监控单元、绝缘监测、电压电流测量表计等组成，其工作状况的好坏直接影响到电力和通信系统的安全稳定运行。站用直流系统通常配置有两套蓄电池组，作为变电站全站失压或充电机故障时站内关键设备应急电源[1]。在进行直流系统检修、直流系统年度检查、蓄电池核容试验等工作时需将蓄电池出口直流熔断器和信号熔断器有序退出[2]，蓄电池出口熔断器的投退操作频繁。

目前，主要采用专用的熔断器操作把手进行蓄电池出口熔断器和信号熔断器进行投退操作。该投退操作需先拆除正负极信号熔断器，再用专用把手分别拉开正负极出口熔断器，共12个步骤，操作繁琐。传统直流熔断器卡扣易氧化，导致操作更加费力，熔断器底座为陶瓷材料，在操作过程中常出现误碰断裂的现象。此外正负极直流熔断器接口无隔离，在操作过程中误碰正负极导致直流短路，损坏设备、危害人身安全的现象也时有发生。可见现有蓄电池熔断器投退操作人机工效较低，若操作时误碰导致发生直流系统短路，将导致直流母线失压，继电保护装置等各种自动控制装置失电，引发重大事故，造成重大的经济损失。

为解决上述问题，本文研制了一种组合式直流熔断器总成装置，装置基于机械联动技术，采用刀熔开关结构，操作把手一体化设计，一步操作便可按正确顺序投退蓄电池正负极出口熔断器和信号熔断器，正负极熔断器全程分室隔离，极大提高蓄电池直流熔断器投退操作的人机工效和安全性，改善和简化了变电站直流系统日常检修、定检工作流程，提高了直流系统运行的可靠性。

1 装置结构及原理

本文研制的组合式直流熔断器总成装置由主熔断器、信号熔断器、一体化盒盖、行程开关和相关二次回路组成，其中一体化盒盖由刀熔开关盒和操作把手组成，盒盖上配置有可视观察窗（图1）。

图1 总成装置俯视图、侧视图

装置采用分室隔离结构。蓄电池组正负极主熔断器和信号熔断器分别安装于刀熔开关盒的灭弧室内。采用分室隔离结构可有效防止误触碰直流电源正负极，消除发生直流短路的风险。此外熔断器的接口采用夹型触头结构，既保证可靠连接又能方便投退操作。刀熔开关盒上还设置有可视观察窗，变电站运行和检修人员可通过观察窗检查装置内部熔断器运行情况，方便巡视和检修工作；装置采用一体化结构。装置的绝缘操作把手与刀熔开关盒盖采用一体化设计，绝缘操作把手的同时即可拉开装置盒盖，断开直流熔断器。

装置采用机械联动结构。装置的一体化操作盒盖底部的拐臂与装置底座两侧安装的行程开关连接。转动操作盒盖，拐臂将触发行程开关，行程开关的动断触点断开，从而实现信号熔断器的同步投退，避免操作时误发信号，干扰调度监盘；装置采用紧凑结构。体积较小，装置底座设计有多类安装孔，能满足各种直流屏柜内的安装要求，适用于市面上大部分厂家、不同型号的直流熔断器改造。

如图2，蓄电池组通过正负极直流主熔断器接至直流母线，当电流过大时主熔断器将熔断，切断蓄电池出口回路，保证蓄电池和直流母线的安全。信号回路并接在主熔断器两端，信号熔断器与行程开关的动断接点一同串接入信号回路，正负极熔断器各有两个信号回路，分别为公用测控柜和直流监控器提供蓄电池异常信号开入。主熔断器刀闸与行程开关联动，实现蓄电池出口回路和信号回路的同时接通或断开。

图2 总成装置电气原理图

绝缘操作把手退出直流熔断器时，随着一体化盒盖的打开，盒盖底部拐臂将伸长，盒盖打开至5°时，拐臂将触发布置在装置底座两侧的行程开关，行程开关动断触点断开，切断信号回路。随着盒盖继续打开至10°时（图3），主熔断器从回路中退出，断开了蓄电池组的出口回路，蓄电池组出口回路与信号回路的机械联动断开，且先退信号熔断器后退主熔断器。绝缘操作把手投入蓄电池时，随着一体化盒盖的闭合，盒盖底部拐臂将缩短，盒盖闭合至10°时，主熔断器将接触装置底座夹型触头，蓄电池组出口回路导通，盒盖继续闭合至5°时，盒盖底部拐臂将脱离行程开关，行程开关的动断触点闭合，恢复信号回路，实现蓄电池组出口回路与信号回路的同步闭合，且先投主熔断器后投信号熔断器。

图3 总成装置机械原理图（盒盖打开至10°时）

2 关键技术及试点应用

2.1 刀熔操作一体化技术

装置结构基于刀熔操作一体化机构进行设计，即将隔离开关与熔断器进行组合，且将绝缘操作把手与开关盒盖一体化设计的结构。基于该技术本装置组合了操作把手、隔离开关和熔断器三个主要器件，其中装置盒盖与操作把手一体化设计基于杠杆原理，以底部支撑件为支点，盒盖可沿支撑件呈扇形旋转，提高刀熔开关投退操作的人机工效，使操作更省力便捷。此外盒盖与装置底座可方便地从底座上拆下，便于装置和熔断器的拆装。采用该结构可简化开关器件配置，降低设备成本，同时降低操作难度，提高操作效率。

图4操作把手底部拐臂与行程开关连接图

2.2 机械联动技术

装置操作基于机械联动技术进行设计，即通过拐臂和行程开关实现刀熔开关和信号熔断器的机械联动，在投退主熔断器时同步有序投退信号熔断器（图4）。拐臂位于装置盒盖底部，行程开关位于装置底座两旁且拐臂与行程开关紧密接触。当拉开操作把手时，装置盒盖底部拐臂将伸长顶触行程开关，行程开关动作后其动断触点断开，切断信号回路。当拉合操作把手时装置盒盖底部拐臂将缩短，行程开关复归，其动断触点闭合，恢复信号回路。

采用机械联动技术可极大简化蓄电池组出口熔断器的投退操作。传统结构下投退蓄电池组出口熔断器操作步骤包括：用尖嘴钳拆除正负极信号熔断器共4个，然后用专用操作把手拆除主熔断器共2个，工作完成后再将这4个信号熔断器投入和2个主熔断器投入，共12项步骤。采用机械联动技术设计的熔断器总成装置仅需用手拉合把手，一步操作便实现蓄电池出口熔断器投退操作，将原有12项操作步骤化简为2项，极大提高操作效率。

本文研制的组合式直流熔断器总成装置已于2019年试点安装应用于中山供电局两座110kV 变电站内直流系统，实现了蓄电池组出口熔断器一步投退操作。在试点应用期间，操作人员进行蓄电池核容和直流系统检修等工作，使用该装置投退蓄电池组出口熔断器12次，节省操作步骤144项，节省工时约720分钟，且操作过程省力，未出现设备损坏、直流短路等安全事故。试点应用结果验证了本文研发的组合式直流熔断器总成装置的实用性和安全性，表明装置具有较大的推广应用价值。