鄒仕強

（中煤科工集團武漢設(shè)計研究院，武漢）

高壓 F-C組合電器是指高壓限流式熔斷器（Fuse）和真空接觸器（Contactor）構(gòu)成的開關(guān)回路。其中高壓限流式熔斷器，具有反時限安-秒特性，能夠即時切除大電流短路故障，同時由于采用了限流熔斷器還能在一定程度上限制短路電流峰值[1]；高壓真空接觸器能承受頻繁的分合閘操作、具有極長的電氣和機械壽命（大部分產(chǎn)品機械壽命不少于30萬次）[3]、維護工作量少。因此目前F-C組合電器被廣泛應(yīng)用于1200kW以下的電動機回路中（由于熔斷器額定電流限制，1200kW 以上電機通常仍采用斷路器控制）。

1 常規(guī)F-C回路過流保護配置

顯然高壓F-C回路中的熔斷器具有保護作用。作為一次保護元件，熔斷器一般具有開斷電流大、動作時間短的特性，因此熔斷器通常是作為短路保護元件存在。而接觸器作為控制操作元件一般用來開斷負荷電流或過載電流。

目前電動機F-C回路的保護配置，通常做法是微機保護裝置不配置速斷保護，僅設(shè)置反時限過流保護（過負荷保護），速斷保護由熔斷器實現(xiàn)[2]，保護動作配合曲線如圖1所示。

圖1

圖中，Icn=接觸器最大開斷電流；F=熔斷器的時間-電流特性；T=微機過流（過載）保護的反時限特性曲線；Ia=電動機起動電流曲線；Ip=電動機起動電流峰值。

但這種保護配合方式在實際應(yīng)用中存在弊端，首先要滿足電動機在起動中接觸器不跳閘，則在電動機起動電流Ip處，反時限動作時間T不應(yīng)小于電動機起動時間Tqd，然而當(dāng)故障電流位于Ip與接觸器額定分斷電流 Icn之間時，熔斷器熔斷時間往往較長，不滿足保護的快速性，其次也沒有充分利用接觸器的分斷能力，增加了熔斷器的熔斷頻率，給現(xiàn)場運行維護帶來困難，同時也加大了運行成本。

2 過流保護配置與計算方法

為了降低熔斷器的熔斷頻率，同時讓電氣設(shè)備在非短路故障（或故障電流較?。┣闆r下也能有良好的保護性能，有必要增加一些保護配置，使 F-C回路在故障電流較小時也能快速、準確、靈敏的動作。

因此保護裝置的動作電流應(yīng)滿足如下條件：①當(dāng)動作電流小于接觸器額定電流開斷電流時，由接觸器開斷，此時應(yīng)滿足熔斷器在接觸器動作時間內(nèi)不熔斷；②當(dāng)動作電流不小于接觸器額定開斷電流時，由熔斷器熔斷保護，此時應(yīng)滿足保護跳閘出口不動作即接觸器不動作。

上述2個條件說明接觸器的額定開斷電流是關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點，這個電流可稱之為交接電流即熔斷器與接觸器轉(zhuǎn)換開斷職能時的三相對稱電流值。大于該值時，三相電流僅由熔斷器開斷；小于該值時，由接觸器開斷。

在電動機起動電流峰值與接觸器額定分斷電流Icn之間增加1段定時限速斷保護，可以提高保護的快速性與可靠性。保護動作配合曲線如圖2所示。

圖2

從圖2可以看出，電動機F-C回路的電流保護共3段保護組成，1段為瞬動段即熔斷器熔斷保護、2段為定時限速斷段，3段為反時限過流保護。

2.1 無時限速斷保護

無時限速斷保護由熔斷器實現(xiàn)，因此只要選擇了合適的熔斷器，就確定了保護動作曲線。高壓限流熔斷器的額定電流應(yīng)按躲開電動機起動電流的影響選擇，其熔件電流按以下公式確定[4]：

式中，Ip為在起動時間內(nèi)的電流值；Kj為綜合系數(shù)，與電動機起動頻率有關(guān)，可按表1中數(shù)據(jù)選取[4]；Kq為電動機起動電流倍數(shù)； In為電動機額定電流。

表1 綜合系數(shù)選擇表

根據(jù)求得的 Ip和電動機起動時間，在熔斷器電流-時間曲線上可確定一點P，經(jīng)過P點或靠近P點右側(cè)的曲線即是所選用的熔斷器，熔斷器的額定電流應(yīng)大于 1.3倍電動機的滿載電流。起動時間宜根據(jù)制造廠提供的數(shù)值決定，如沒有所需起動時間時，一般電動機起動時間大致如下：泵類電動機，6s；研磨類電動機，10～15s；風(fēng)機類電動機，60s[3]。

2.2 定時限速斷保護

定時限速斷按躲電動機起動電流整定，公式如下[6]：

式中， Idz為定時限速斷一次電流值； Kjx為 CT接線系數(shù)，星形接線取1，三角形接線取1.732，通常均為星形； Kq為電動機起動電流倍數(shù)； Krel為可靠系數(shù)，通常取1.3； In為電動機額定電流；n為CT變比。

靈敏系數(shù)按電動機出口最小兩相短路電流校驗。

關(guān)于定時限t的選擇：目前F-C的交接電流均可做到3.2kA，ABB的VSC-12 交接電流為4kA，但是接觸器在額定開斷電流時的動作壽命一般僅有20-30次[1]，因此通常控制保護交接電流不超過2kA，一方面能保證接觸器壽命，另一方面超過2kA的電流，額定電流 200A及以下的熔斷器熔斷時間已不超過 0.2s[2]，綜保及接觸器固有最小動作時間與之接近；所以定時限 t通常選擇 0.3s，可以保證超過2kA的故障電流時，熔斷器能夠先于接觸器動作。

2.3 反時限過流保護

經(jīng)常使用的反時限過流保護曲線主要有以下幾種[6]：

IEC 標準反時限

IEC非常反時限

IEC極端反時限

IEC長時反時限

具體選用哪個曲線方程，應(yīng)依據(jù)保護產(chǎn)品功能及動作時間配合確定。其中有2個參數(shù)需要整定，一是 It，二是TMS。It為允許長期通過的負荷電流，可按電機額定電流的 1.05～1.1倍整定。TMS為時間常數(shù)，TMS的整定通常采取反算法，即先按被保護對象的運行要求確定曲線上的一個點( KIn，T)，該點表示K倍額定電流 In時，延時T跳閘。將該點坐標帶入所選取的曲線方程中，反算出TMS。

2.4 工程實例

下面以一個工程實例給出各段電流保護計算方法。

某礦井帶式輸煤機額定功率為 1120kW，額定電壓10kV，額定電流In=76.08A，起動電流為6In，起動時間為 6s，起動頻率不超過 2次/h；CT變比150/5，采用ABB VSC-12型高壓組合電器供電。

1）熔斷器選擇

按式（1）計算起動時間內(nèi)電流值

然后查詢?nèi)蹟嗥髑€可知，電流為 800A時，160A熔斷器熔斷時間為6s，因此選擇160A熔斷器滿足要求。

2）定時限速斷保護

按（2）公式計算動作電流

延時0.3s。

3）反時限過流

參照圖2，其中 Ip=6In，取 t1= 6 .5s，由此確定曲線 T上一點（6In，6.5）即 6倍額定電流，6.5s過流保護動作。選擇IEC 標準反時限方程，計算得TMS=1.69， It=1.05×76.08/30=79.88/30=2.66A。

3 結(jié)論

基于F-C回路的優(yōu)越性能，我們在一些工程中采用了F-C回路，但常規(guī)的F-C回路保護僅采用熔斷器速斷加反時限過流保護，不能充分利用接觸器的分斷能力，保護的快速、可靠性較低。本文采用3段式電流保護，能顯著提高保護的可靠性、快速性，減少熔斷器熔斷頻率，降低運行維護成本。工程實踐證明本文方法是可靠的，為F-C回路的正確使用奠定了基礎(chǔ)。

[1]沈興元.高壓真空接觸器-高壓限流熔斷器組合電器在發(fā)電廠中的應(yīng)用[J].電力設(shè)備,2006,7(2),72-75.

[2]石俊、朱亞軍.高壓限流熔斷器與真空接觸器的組合應(yīng)用[J].九江學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2004,19(3),20-21.

[3]馮建興. 真空接觸器-熔斷器組合電器的應(yīng)用[J].電氣制造,2007,6(4).

[4]楊阿東. F-C回路的設(shè)計應(yīng)用[J].科技與生活,2010(6):11,19.

[5]許建安.繼電保護整定計算[M].北京:中國水利水電出版社,2007.

[6]中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院等.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊(第三版)[M]. 北京:中國電力出版社,2005.