【学习笔记】嵌入式技术（15）：一起10 kV户外封闭型喷射式熔断器故障原因分析

2015《电子技术应用》智能电网增刊

作者：吴 迪1，刘若溪2

　　摘  要： 10 kV户外封闭型喷射式熔断器是一种用于变压器高压侧的过流保护装置，其最初在日本被广泛使用，近年来被引进国内。由于其结构封闭，受外力异物或鸟害等因素影响的可能性较低，因此被部分城市配电网建设工程所采用。但由于我国缺少其相应运行经验，因此有必要及时总结此类设备的相关运行信息，特别是其故障情况，为其日常使用和运维提供技术参考。本文针对一起发生在北京电网的10 kV户外封闭型喷射式熔断器故障，从熔断器结构角度深入分析了故障发生的原因，并给出了避免此类事故再次发生的建议，所得结论对设备的设计制造、施工安装和日常运维具有一定的参考价值。

　　0 引言

　　10 kV户外封闭型喷射式熔断器是一种用于变压器高压侧的过流保护装置，其最初在日本被广泛使用，近年来被引进中国。由于其结构封闭，受外力异物或鸟害等因素影响的可能性较低，因此被部分城市配电网建设工程所采用。但由于我国缺少其相应运行经验，因此有必要及时总结此类设备的相关运行信息，特别是其故障情况，为其日常使用和运维提供技术参考。

1 故障熔断器基本情况

　　熔断器由上出口引线、本体瓷套、安装抱箍、下出口引线、下部密封罩、密封盖、密封盖软绳等部分组成，故障熔断器结构示意图如图1所示。

　　故障熔断器外观如图2和图3所示。由图2和图3可见熔断器上端炸碎，2片伞群已经损坏严重，上部电极有明显烧蚀痕迹。

2  故障原因分析

　　从故障现象推断，故障的可能原因为熔丝筒与上部电极接触不良，导致接触电阻过大，最终烧毁熔断器，本节重点分析导致接触不良的可能原因。

　　2.1  熔断器动作原理

　　正常状态下，熔丝引线拉紧后需缠绕在下部电极的螺栓上，如图4所示。

　　此时熔丝筒所受的力包括熔丝筒自身重力、上部电极内弹簧弹力、熔丝筒弹簧弹力、上部电极对熔丝筒保持力以及熔丝引线与下部电极螺栓连接部位的拉力，具体情况见图5。

　　当熔丝熔断时，熔丝引线拉力消失，熔丝筒在自身重力、上部电极内弹簧弹力和熔丝筒弹簧弹力的共同作用下，克服上部电极对熔丝筒的保持力，将熔丝筒上部与上部电极分离，进而断开电流通路，达到保护设备的目的。图6为熔丝筒动作前后示意图。

　　2.2  故障过程推理

　　从故障现象可见，放电部位为熔断器上部电极与熔丝管的接触部位，结合2.1节熔断器动作原理，推测此次故障的主要原因为熔丝引线与下部电极螺栓连接松动导致熔丝管向下位移，致使上部电极与熔丝筒上部连接处接触电阻增大，在工频电流作用下产生电弧，进而烧毁设备。具体推理过程如下。

　　（1）受力分析

　　当熔丝引线与下部电极螺栓连接松动时，上部电极内弹簧弹力约为3 g（N），熔丝筒弹簧弹力约为2 g（N），上部电极对熔丝筒保持力约为1 g（N），在不计算熔丝筒自身重力的条件下，电极内弹簧弹力与熔丝筒弹簧弹力之和已经大于了上部电极对熔丝筒保持力，因此当熔丝引线与下部电极螺栓连接松动时，熔丝筒向下位移是可能发生的。

　　（2）状态模拟

　　在熔丝引线与下部电极螺栓连接松动的情况下，熔丝筒将向下位移直至熔丝引线重新拉紧为止，此时如果上部电极与熔丝筒上部仍处于接触状态，则接触电阻必然增大。极端情况下（熔丝筒向下位移35 mm），熔丝筒与上电极正好处于如图7所示状态，则两者表面将会产生持续的工频电弧。

3 结论和建议

　　通过对此次故障的分析可以得出如下结论：

　　（1）如果施工安装时熔丝引线与下部电极螺栓压接不紧，出现松动现象，势必会造成熔丝管向下位移，如果在上电极与熔丝管上部连接处出现接触电阻过大的情况，则极有可能导致接触处过热熔断，进而产生事故。

　　（2）因熔断器为封闭式，无法从外观上判断熔丝管引线与下部电极螺栓压接情况，因此存在缺陷无法识别的问题。

　　针对上述发现的问题，提出如下建议：

　　（1）建议设备制造厂家改进产品工艺质量，采用限位固定措施，确保熔丝引线与下部电极螺栓连接，即使松动时也不会发生熔丝管位移情况。

　　（2）建议设备运维单位严把施工质量关，加强喷射式熔断器的现场施工监理工作，确保熔丝引线安装正确到位，避免下电极螺栓固定不紧现象的出现。