上海信用电气股份有限公司、上海天贵电子科技有限公司研究员周翔、丁永生、朱峰在2018年第5期《电气技术》杂志上撰文称，跌落式熔断器是常见的电路短路保护器。 但在实际运用中，经常发生保险丝、系统断路、系统短路等故障，导致大面积停电，造成巨大的经济损失。 　　

　　

　　本文根据10kV条上跌落式熔断器故障后的跌落特性，采用无线低功耗设计，开发了三轴加速度计监测系统实时监测熔断器状态，并通过附属终端将故障分析信息发送给承运人，可以尽快解决10kV条上跌落式熔断器的故障 　　

　　

　　跌落式熔断器是室外高压保护电器，可以安装在变压器的高压侧、变压器与电容和线路的连接处，为配电线路和电力变压器提供过载和短路保护。 另外，也可以安装在长线路的末端或分支线路上，保护继电器保护无法保护的范围。 　　

　　

　　跌落式熔断器结构简单、易维护、体积小，在配电网中应用广泛[1]。 将其安装在配电线路的分支线上，可以缩小停电范围，具有明显的断路点，具有隔离开关的功能，为检修区间的线路和设备创造了安全的工作环境，提高了检修人员的安全感。 可安装在配电变压器上，作为配电变压器的主保护。 　　

　　

　　目前国内主要采用三相跌落式熔断器加装微动开关的方案，通过熔断器熔断后的机械联动实现跌落报警。 该方案的工程实现需要改变现有的熔断器结构，且与微动开关的机械联动实现技术复杂，不利于跌落监测在国内电网中迅速普及[2]。 　　

　　

　　因此，跌落熔断器缺乏简便有效的实时监测手段，一旦发生跌落熔断器跌落事故，电力维修工人无法及时了解跌落熔断器发生了事故，也无法迅速准确地定位，因此应及时赶到现场处理事故跌落式熔断器的智能化研究将大大缩短故障时间，提高供电服务质量[3]。 　　

　　

　　针对跌落熔断器实时监测工程的应用，研究了基于三轴加速度计的熔断器跌落状态监测系统[4-5]。 三轴加速度计具有测量范围宽、稳定性高、无漂移、抗干扰能力强、体积小、成本低等诸多优点，广泛应用于惯性定位单元。 同时，系统采用了简单安装的结构设计，便于现有熔断器监测工程的改造。 　　

　　

　　1保险丝实时监测装置的安装 　　

　　

　　保险丝的实时监测装置可以安装在配电线上，如图1所示。 其中传感器固定在保险丝的保险丝上，运行维护人员在安装跌落式保险丝时，为了将保险丝内部的保险丝倾斜角度控制在20~30之间，监视装置内部的加速度计的三轴方向也相对固定。 智能适配终端安装在杆塔上，用于在线监测熔断器的运行和跌落情况。 　　

　　

　　图1保险丝实时监控装置的安装示意图 　　

　　

　　2熔断器实时监测装置的工作原理(略)。 　　

　　

　　落下式保险丝保险丝保险丝管两端的可动触头由保险丝(熔体)紧固，当短路电流通过保险丝熔断时会产生电弧，内衬在保险丝管中的钢管通过电弧产生大量的气体，从而使保险丝管的 　　

　　

　　由于保险丝熔断，保险丝上下动触头失去保险丝的紧固力，在保险丝自身的重力和上下固定触头弹簧片的作用下，保险丝迅速落下，电路被切断，故障段的线路或故障设备被切除。 　　

　　

　　跌落实时监测装置通过与熔液的固定安装，能够根据三轴加速度传感器中的x轴读数Cx准确地测量熔液的倾斜角度，敏感地测量熔液有无跌落； 同时，通过y轴和z轴的读数，监控装置判断承运人更换保险丝后是否松动，如果松动，通过配套的智能配餐终端进行报警，提醒承运人[8]。 　　

　　

　　3保险丝实时监控装置的系统结构 　　

　　

　　熔丝实时监测装置主要分为监测主模块和监测子模块两大部分，其中监测主模块嵌入在智能测控终端的IO模块中，主模块始终处于监听状态，当子模块检测到跌落信号时 　　

　　

　　另外，每经过一段时间，子模块都会主动向主模块发送状态信息，主模块以此作为心跳检测，确定是否存在子模块[9-10]。 　　

　　

　　图5保险丝实时监控装置的系统结构图 　　

　　

　　检测子模块主要由加速度传感器、单片机、射频芯片、电池及片上天线组成，其功能框图如图6所示。 　　

　　

　　图6是保险丝实时监视装置子模块示意图 　　

　　

　　处理器为NXP公司32位微处理器LPC824M201JHI33，速度达30MHz，且低功耗模式电流低至90A，封装小，具有晶振和闪存，无需外设，节约空间 　　

　　

　　加速度传感器采用ANALOG DEVICES公司的ADXL343，封装小，工作温度范围宽(-40~85)，功耗低至23A，适用于自由落体检测( 13 )。 　　

　　

　　CPU处理运动状态后，通过小型无线方式上传。 小型无线选择nRF24L01无线收发器，是搭载了nRF24L01的2.4GHz无线收发器模块。 大范围供电1.8~3.6V，发射时电流为10.5mA，休眠模式功耗仅为900nA。 　　

　　

　　在室外，NRF24LR的通信距离可以达到62m。 在建筑物内2.4GHz的信号会立即消失，通常在通过1~2面墙后会失去信号，但在20m20m的房间内可以顺利接收信号。 此模块有125个通信信道，其中包括用于蓝牙、ZigBee和WiFi的信道。 因此，用户需要安装碰撞检测，并切换频道以找到空闲的频道。 　　

　　

　　电池为FANSO公司的ER14505M，公称3.6V，电量达1450mAh，理论运行时间10年以上，预计保养使用3年。 　　

　　

　　通常，子模块的单片机和RF芯片处于休眠状态，单片机内部有低功耗定时器，每隔设定的一定时间周期性地启动单片机，单片机启动判断当前是否发生坠落事件，当坠落事件被发送时，激活RF芯片主动向主模块发送坠落状态信息； 如果没有，则判断是否达到发送心跳的周期，如果达到，则激活RF芯片发送心跳信息。 发送完成后，单片机和射频芯片再次进入休眠状态。 其工作流程如图7所示。 　　

　　

　　图7保险丝实时监控装置的动作流程 　　

　　

　　4保险丝实时监测系统测试 　　

　　

　　根据熔断器实时监测装置的设计，搭建系统测试环境，通过模拟不同的熔体跌落角度，测试装置跌落检测的可靠性如图8所示。 　　

　　

　　图8保险丝掉落模拟 　　

　　

　　通过扎带长度的变化，可以使管子分别从20下落到80，记录分配终端采集的下落信号，0表示没有下落，1表示下落。 测试表明，该系统能有效检测熔体的下落状态。 参照表1。 　　

　　

　　表1坠落信号检测 　　

　　

　　5结论 　　

　　

　　总之，随着配电智能化的发展，为了使跌落式熔断器可靠运行并实时监测其运行状态，除了选择正规厂家生产的高质量熔断器外，还必须将跌落式熔断器在线监测装置应用于配电网。 这样可以更好地检查跌落式熔断器是否正常工作，对跌落式熔断器的稳定、安全运行至关重要，使工作人员能尽快找到故障所在，人人放心用电。 　　

　　

　　此外，工作人员还建立了日常检查制度，在更换、安装熔断器时规范操作，了解跌落式熔断器常见故障原因，保证便于早期发现异常原因，能有效减少跌落式熔断器常见故障的发生。