（上海中芬新能源投资有限公司 上海 201203）
摘要：在大型工程中，开关设备和电缆占电气设备投资的一半以上。技术、经济、合理的选择电气设备是国家规范的一项要求。文章探讨了我国国家标准中对采用限流熔断器+真空接触器（Fuse&Contactor，简写F+C）组合开关的规定，F+C组合开关特点、适用场合及其回路中各元器件的选择，并从实际工程应用角度，探讨采用F+C组合开关的技术经济性。
关键词：F+C组合开关；选择；经济性；热稳定截面
1.国家规范对FC组合开关应用的规定
1）20kV及以下变电所设计规范GB50053-2013中3.2.8条规定“向频繁操作的高压用电设备供电时，如果采用断路器兼做操作和保护电器，断路器应具有频繁操作性能，也宜采用高压限流熔断器和真空接触器的组合方式。”，相对比原《10kV及以下变电所设计规范GB50053-2011994》版规范增加F+C组合开关的应用，并且条文说明针对其应用做了说明，“其优点在于接触器可满足高压电机频繁启动的要求，同时，熔断器的限流特性可以减小配电电缆的截面，从而降低造价。”
2）火力发电厂厂用电设计技术规程DL/T5153-2014中6.2.2条规定“对启停频繁的高压厂用电回路宜采用高压熔断器串真空接触器组合设备”，并给出了选择原则。其规范2002版也有类似规定，但2014版对于200MW及以上机组由原来的“可采用”改为了“宜采用”。
3）化工企业供电设计技术规定HG/T 20664-1999中7.3.3条规定，“容量在1000kW以下的高压异步电动机、400~800kVA以下油浸变压器或1600kVA以下干式变压器，若无特殊要求时，建议采用高压熔断器加真空接触器（F+C）方案。”
规范条文说明中也有说明“高压熔断器再配以真空接触器，即F+C的控制保护方式。在国外高压系统中得到广泛采用，主要作为1000~1200kW及以下异步电动机和400~800kVA及以下小容量油浸式变压器的操作和保护用。也可用于1600kVA及以下干式变压器，其优点是：操作寿命比断路器长，减少维护，简化继电保护，做成开关柜后，体积小，1台柜可有2回出线，价格低，由于熔断器快速热性，还能减小电缆热稳定截面，90年代初已在国内许多地方使用。”
4）石油化工企业供电系统设计规范SH3060-1999中4.2.4.4条规定，“电动机回路的断路器，宜选用真空型。对中小容量的电动机、变压器回路，也可选用真空接触器和限流熔断器（FC组合开关）”但在本规范最新修订版本SH/T3060-2013中取消了此部分说明。并在条文说明中注明，“真空断路器在石油化工企业已运行近30年，经过不断地改进，已成为市场主流和主导产品，故6（10）kv配电装置应首选真空断路器。”
5）3~110KV高压配电装置设计规范GB50060-2008中4.1.5条规定，“采用熔断器保护的导体和电器可不验算热稳定；除采用限流作用的熔断器保护外，导体和电器应验算热稳定”
2.F+C组合开关的特点
F+C组合开关为高压限流熔断器和真空接触器组成。其中高压限流熔断器是用来在回路发生短路故障时熔体熔断切断故障电流，保证回路故障后断开回路，以免设备损坏。真空接触器是正常启动、停止回路负荷，当出现过载时也能够断开回路。
因将原真空断路器的操作和保护分为两部分，通过真空接触器和熔断器来实现，充分利用了接触器适应回路频繁操作，寿命长的优势，同时因高压限流熔断器的限流特性和开断电流大的特点，可减少电缆截面，降低工程造价。
3.F+C组合开关适用场合
F+C组合开关适用频繁启停的用电回路，特别是断开感性负载，一般来说电动机回路均符合此要求，当用于电容性回路时，合闸瞬间的冲击电流可使熔件熔断，且熔断器的限流特性受到限制，故F+C组合开关不适用于电容性回路。
由于F+C组合开关开断后需要更换新的熔断器才能再投入运行，故不能适用于需要重合闸的回路。
因F+C组合开关熔断器动作时，会从尾部喷出少许火焰，因此不适宜用于火灾和爆炸危险的场所。
在短路电流较大，如40~50kA时，如采用真空断路器，则电缆热稳定截面很大，此时使用F+C组合电气具有良好的经济性。在200~1000左右的电机或变压器回路，如采用F+C组合开关较断路器回路可降低电缆热稳定截面。
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对于较小的电流回路，但机组短路水平较高时，此时选择电流互感器时，对容量和短路热稳定，动稳定需要特殊制定才可满足，此时若选用F+C组合开关，采用较低动热稳定的互感器即可满足。
4.F+C组合开关回路中各元器件的选择
因采用高压限流熔断器之后，导体和电器不必再校验动、热稳定，但在实际工程设计过程中，对接触器保护的部分电器和导体仍校验动热稳定。
4.1真空接触器的选择
1）真空接触器的开断电流值必须大于过载保护特性曲线与高压限流熔断器的时间-电流特性曲线的交点电流值。
2）真空接触器的半波峰值耐受电流应大于高压限流熔断器的截止电流值。
3）高压接触器的耐受电流的平方与时间的乘积应大于高压限流熔断器的I2t。
4.2高压限流熔断器的选择
高压负荷主要有水泵、风机、磨机及低压变。因负载性质不同选用高压限流熔断器的参数也有所不同。
4.2.1电动机回路中高压限流熔断器的选择
I=KfKKqIe（1-1）
式中：
Kf为降容系数，一般可取1.1。
K为过载系数，由电动机启动频率决定。电动机一般允许连续冷态启动两次，热态连续启动一次，可知电动机启动频率最多为两次，故设计中可取K=1.7。
Kq为电动机启动电流倍数，由制造厂提供，一般可选取6~7倍。
Ie为电动机启动电流
根据I（电流）值可在高压限流熔断器时间-电流特性曲线上确定交叉点（电动机启动时间可根据电机厂提供资料确定，无资料可按，风机类；30~60S；水泵类；6S；湿磨机；15S），交叉点右边曲线即为所选高压限流熔断器的额定电流，实际选择中应根据启动电流校核。
4.2.2变压器回路中高压限流熔断器的选择
变压器回路中高压限流熔断器需要满足以下条件：
1）变压器满载电流小于高压限流熔断器的额定电流；
2）变压器的空载启动励磁涌流曲线应在高压限流熔断器的时间-电流特性曲线的左边。
3）变压器低压侧成组自启动的电动机的启动曲线应在高压限流熔断器的时间-电流特性曲线的左边；
4）变压器的热特性曲线应在保护变压器所用的高压限流熔断器的时间-电流特性曲线的右边。
5）变压器低压侧保护装置后发生短路故障所引起的高压侧故障电流值应小于低压侧保护装置的特性曲线和保护变压器用高压限流熔断器的时间-电流特性曲线的交点电流值，以保证低压保护装置后发生短路故障不会引起高压限流熔断器的越级熔断。
4.3电流互感器的选择
1）电流互感器的动稳定电流值应大于高压限流熔断器的截止电流值。
2）电流互感器的热稳定电流值的平方与时间的乘积应大于高压限流熔断器的I2t。
4.4电缆热稳定截面的选择
工程设计时要校验电缆最小截面，使其满足短路电流发生时的热稳定要求。因高压限流熔断器的限流特性及短路电流持续时间较短，故电缆热稳定校验仅考虑过载的情况。
5.工程实例某2x300MW发电厂脱硫工程中，200kW~1000kW高压负荷总计17回路。设计中均采用了F+C可抽出式金属铠装开关柜（单回路），双列布置。电缆规格型号为ZRC-YJV-3x70mm2。此处按经济电流选择截面，如按接触器、熔断器动作曲线校验、持续载流量等校验则可更小。
在某2x300MW化工厂自备电厂脱硫工程中，200kW~1000kW高压负荷总计18回路。设计中均采用了真空断路器可抽出式金属铠装开关柜，双列布置。电缆规格型号为ZRC-YJV-3x120mm2，此处为按热稳定选择电缆截面。
上述两工程均采用相同的脱硫工艺，用电设备基本相同。在工程结束时，对比两工程此部分开关柜造价，F+C组合开关投资降低约20%。电缆投资降低约40%。土建投资降低5%。
6.经济性展望
根据上述原则选择F+C组合开关后，相对选择真空断路器，开关设备投资减少，且在电缆热稳定截面选择上有极大的经济效益，即便是最保守的计算方法，也可节省近30~40%电缆截面，对于需要数十公里高压电缆的发电厂，大型化工厂等，高压厂用电系统减少的投资效果是相当可观的。且节省了可贵的铜，铝等资源，同时可减少开关设备占地面积，为建设节约、环保的新型工程提供了新的选择。
参考文献：
[1]王季梅.高压限流熔断器.西安交通大学出版社，1991
[2]钱亢木.大型火力发电厂厂用电系统.北京：中国电力出版社，2001
[3]GB50053-2013 20kV及以下变电所设计规范
[4]DL/T5153-2014火力发电厂厂用电设计技术规程
[5]HG/T 20664-1999化工企业供电设计技术规定
[6]SH3060-1999石油化工企业供电系统设计规范
[7]GB50060-2008 3~110KV高压配电装置设计规范
论文作者:吴明宇
论文发表刊物:《电力设备》2016年第23期
论文发表时间:2017/1/20
标签：熔断器论文; 高压论文; 接触器论文; 组合论文; 回路论文; 电流论文; 截面论文; 《电力设备》2016年第23期论文;