一种内置式户外高压保险装置的研究和设计

郝宏亮 朱增军 姜 峰

（国网徐州供电公司，江苏 徐州 221009）

内置式户外高压保险装置广泛应用于35kV 及以下电网，主要用于保护户外电压互感器，为电网主设备的测量、保护和监控装置提供二次电压[1]。当电网由于谐振或操作等原因引起系统电压波动较大时，容易造成一次高压保险单相或多相熔断，影响相关保护和安全自动装置的可靠运行、电能计量装置的正确计量，造成重大损失[2]。当高压保险熔断时，必须尽快更换、恢复。

目前，徐州电网普遍使用RXWO-35 型内置式户外高压保险装置。该型装置为螺栓紧固结构，在更换高压保险时经常遇到螺丝锈蚀难以拧开、保险管炸裂导致碎片卡在瓷套内等困难，更换过程费时费力[3]。国网公司推进运维一体化建设后，更换高压保险工作交由运维人员实施，更换保险耗时长的问题更加突出。因此，研制一种易于更换的新型高压保险装置，以减少更换操作时间，提高电网应急反应速度，成为电力工作者特别是变电运维人员值得深入研究的重要课题。

1 高压保险装置使用现状及存在问题

RXWO-35 型内置式户外高压保险装置主要由压盖、瓷套、安装板、支柱绝缘子和套管内部弹簧等部件组成[4]，如图1所示。

图1 RXWO-35 型高压保险装置结构

该装置一般安装于3～5m 高的构架上，压盖用螺丝固定在瓷套两端（每端4 个螺丝），通过挤压瓷套内部弹簧实现与保险管的良好接触。瓷套水平放置，用安装板固定在支柱绝缘子上。

当发生高压保险熔断故障，运维人员对其停电并做好安全措施后，爬上构架，使用螺丝刀和扳手打开压盖更换保险管。当保险管爆裂时，需打开两端压盖清理碎片，必要时需拆下安装板进行清理。

本文对2013年徐州电网所辖变电站发生的高压保险熔断故障进行统计，更换保险平均耗时为68min；分析发现，影响更换速度的主要因素有：

1）装置部件拆装繁琐

装置各部件采用螺栓紧固连接，拆装压盖或瓷套繁琐，高空组装困难。

2）连接螺栓锈蚀严重

保险装置受电化反应及环境污染等因素影响，其连接螺栓普遍锈蚀严重，拆卸较为困难。

3）保险碎片清理困难

对于保险管爆裂故障，清理碎片需打开两端压盖，甚至拆卸安装板，整体取下瓷套进行清理，作业难度较大。

为解决上述问题，本文设计了一种新型内置式户外高压保险装置。

2 装置设计方案

2.1 总体结构

新型内置式户外高压保险装置是一种压盖可快速拆装、瓷套可倾斜结构，总体结构示意图如图2所示。

图2 总体结构示意图

该结构无需拆装螺栓即可打开压盖，实现保险管更换；通过倾斜瓷套可完成清理碎片。该种结构操作简单、快捷，并且便于对现有设备直接升级。

2.2 方案分解

内置式户外高压保险装置主要由安装板、压盖、内部弹簧和连接单元组成。

1）安装板单元

按照整体方案设计要求，安装板需设计为可倾斜结构，以满足方便清扫碎片的要求。如图3所示，安装板能够始终紧固瓷套，通过轴承的旋转完成瓷套快速倾斜，使用卡扣控制轴承。

该结构对现有安装板改动较大，但具有以下优点：可避免拆卸过程中瓷套坠落或碰损；方便倾倒碎片；轴承旋转损耗小、寿命长。

图3 安装板单元结构图

2）压盖单元

压盖需满足各种条件下单人高空作业快速装卸的要求（如灯光照明不足、雨雪雾霾等天气）。

图4 压盖单元结构图

将压盖两端制作成卡槽结构，通过对应卡扣实现快速连接，满足实现快速拆卸的需要。卡槽结构大大简化了操作难度：只需拉合卡扣即可实现单人拆卸、更换操作；卡槽结构不易损坏，连接可靠。

3）弹簧单元

弹簧是压盖与保险管接触部分，用以减小保险管与压盖间接触电阻，同时保障保险管免受外力震荡的冲击，防止保险管因外力破碎。目前使用的接触弹簧采用独立结构，且弹力很大，高空单人很难使压盖达到正常安装位置。

图5 弹簧和压盖一体式结构图

将压盖和弹簧制作成一体式结构，只需装卸压盖，弹簧即随之装卸。减少了保险组成部件，简化了操作步骤；安装拆卸简单便捷。

4）连接单元

连接单元是保险装置实现快速倾斜基座、拆装压盖的关键。经测算，压盖处连接单元应能承受大于300N 的分合力；基座连接部分应能经受套管和保险本体的支撑力。

采用双边式卡扣结构作为装置的连接单元，能够实现快速打开两端压盖和安装板的可倾斜功能。拆卸安装方便；两边均衡受力，减小单边受力强度并能保持支撑平衡。

图6 双边式卡扣结构图

3 设计方案实现及验证

3.1 设计方案实现

新型装置各部件必须满足户外电压互感器的使用要求，具有高机械强度和防锈蚀等性能[5]。安装板和连接卡扣采用不锈钢材料制作，具有强度高、硬度大、韧性好，耐磨损和 抗化学腐蚀性强的特点；压盖采用铜合金材料制作，以满足户外防锈和保险装置的电阻要求；弹簧采用不锈钢材料制作，以满足装置电阻率要求和反复拆卸的抗疲劳要求。装置各部件的使用材料及其特性参数见表1。

表1 装置各部件的使用材料及其特性参数

经过加工、组装和调试，新型内置式户外高压保险装置的实物图如图7所示。

图7 新型保险装置实物图

3.2 应用效果

在装置研发期间，对装置机械和电气参数进行测试，结果见表2。测试结果该装置能够满足35kV电压互感器用高压保险使用要求。

表2 装置测试参数及结果

该装置在徐州电网14 座变电站试用，在高温、暴雨和雾霾等各种天气下运行正常。装置使用效果达到预期目标见表3。

表3 装置使用效果对比

4 结论

针对现有保险装置在处理高压保险熔断过程中拆装困难的问题，开发了一种新型内置式户外高压保险装置。该装置大幅缩短了变电站运维人员处理高压保险熔断故障时间，提升电网应急反应速度，节约人力资源，同时经济效益明显。

[1] 刘喆.配电网消弧及铁磁谐振监测与控制技术的研究[D].北京: 华北电力大学,2008.

[2] Sugimoto S,Neo S,Arita H,et al.Thyristor controlled ground fault current limiting system for ungrounded power distribution system[J].IEEE Transaction on Power Delivery,1996,11(2): 940-945.

[3] 耿向阳.电压互感器高压保险熔断原因分析及治理措施[D].天津: 天津大学,2009.

[4] RXWO 系列高压保险使用说明.南通: 如皋高压电器厂,1996.

[5] 南晓强,李群湛.配电网高压保险丝故障原因的仿真分析[J].电力系统及其自动化学报,2011,23(6): 96-100.