1、1高压真空接触器高压限流熔断器组合电器在发电厂中的应用无锡市蓝虹电子有限公司 沈兴元 副总工程师摘要 本文介绍了高压真空接触器，高压限流熔断器的技术特性，以及两者在电厂内控制系统中的选配原则，并得出在 1600KVA 及以下的变压器回路、1200kW 及以下的高压电动机回路和 1200KVar 及以下的电容器组，更适用于使用高压真空接触器加熔断器组合电器，超出此范围则使用断路器。关键词 高 压 真 空 接 触 器 、高 压 限 流 熔 断 器 、 电 动 机 、 变 压 器 、 电 容 器。1、序言随着我国经济建设的快速发展，对电力的需求越来越多，特别是去年夏天全国出现电荒后，现已演变成全年性
2、全天候的缺电状况。由此全国各地纷纷上马建设发电厂。在发电厂的厂用高压用电系统中，现在大都设计成高压限流熔断器(F)和高压真空接触器(C)回路，以下简称 F-C 回路。我公司去年仅 F-C 回路单元销售 800 套，今年已有 500 套的订单合同。所以本文就高压真空接触器、高压限流熔断器和高压电动机、变压器、电容器的选用配合和保护等问题逐一介绍和分析。2、高压真空接触器高压真空接触器在 F-C 回路中作为操作元件，由于其有特殊的结构，特别适用于需大量分闸、合闸操作循环的场合，是频繁操作的理想电器。2.1 真空接触器的形式真空接触器的外形见图(一)它主要由真空灭弧室、绝缘固定架、操动机构、锁扣机构
3、、底盘手车等组成，绝缘固定架上安装了熔断器支座，支座上装配有联动脱扣机构，即便只有一相熔断器熔断时，也能使接触器联动跳闸，同样地，即便只有一相熔断器未安装时，该联动机构也能防止接触器合闸。2.2 真空接触器的开断原理真空接触器的主触头是密封在以2陶瓷为外壳的真空灭弧室中，灭弧室中的真空度高达 1.3310-4Pa。当真空接触器分闸时，真空灭弧室中的动、静触头快速地开断，在分闸过程中，在高温触头之间产生的金属蒸气使电弧持续到电流第一次过零点，在电流过零点时，金属蒸气迅速凝结，使动静触头之间重新建立起很高的电介质强度，维持很高的瞬态恢复电压值，实现对开断电流的完成。如果用于控制高压电动机，因截流值
4、不高于 0.5A，所以仅产生很低的过电压值，此特性对电动机的保护非常重要。2.3 真空接触器的动作原理就对真空接触器主触头的控制而言，有电磁式操作机构和弹簧储能式操作机构二种，由于电磁式分合闸频率可达到 2000 次/小时，故目前均采用电磁式操作机构。控制回路电压有直流 110V、220V；交流110V、220V；保持方式有电气自保持和机械自保持两种。电气自保持机构是合闸线圈得电动作使得接触器主触头合闸，当接触器合闸后，合闸线圈断电转成保持线圈得电，确保接触器主触头处于合闸状态。当分闸时，使得保持线圈失电，在分闸弹簧的反力作用下，快速把接触器主触头分闸。机械自保持机构是合闸线圈得电驱动合闸电磁
5、铁通过操作机构使接触器主触头合闸，并由合闸锁扣装置使接触器保持合闸状态，同时合闸线圈失电；当分闸时，分闸电磁铁得电动作使合闸锁扣装置解扣，由分闸弹簧驱动操作机构完成分闸。机械自保持机构包括脱扣器和手动分闸按钮组成，LHJCZR 系列高压真空接触器就是装配有机械自保持机构。2.4 真空接触器的额定参数2.4.1 电压参数额定电压(KV) 3.6 7.2 12额定工作电压(KV) 3 6 10额定工频耐压(KV) 20 32 42额 定 雷 电 冲 击 耐 压 (KV) 40 60 752.4.2 电流参数额定工作电流(A) 200 400 630额定开断能力 3.2KA 25 次极限开断能力 4
6、KA 3 次额定关合能力 4KA 100 次额定过载能力 6KA 1 秒4KA 3 秒2.5KA 30 秒额定峰值耐受电流 40KA 1/2 周波2.4.3 关合能力，开断能力和峰值耐受电流接触器的额定关合能力也就是接通能力是指在规定的关合条件下确定的电流数值；此时接触器可以关合而不发生熔焊或过份的腐蚀。接触器的额定分断能力是在规定3的条件下在额定工作电压时接触器能够开断而没有过份的触头烧损的电流值。接触器的极限开断能力是指在Cos=0.6 0.05，1.1 倍额定工作电压下分断额定开断能力电流 3 次。接触器的额定峰值耐受电流是接触器在闭合位置与保护熔断器配合所能实际承受的电流第一个半波内最
7、大瞬时值，这个值在 F-C 回路中有其特殊的意义。2.5 真空接触器主要优点真空接触器是上世纪六十年代发展起来的新型电器，由于性能优越而得到广泛的应用。LHJCZR 真空接触器主要有如下优点：截流值0.5A；极少量维护；可频繁操作；达到每小时2000 次分合闸动作。寿命长；电气寿命为 30 万次，机械寿命 100 万次。与微机控制系统结合，具有开放 、 数 字 、 双 向 通 讯 、 智 能 等特 点 ；同 类 型 接 触 器 完 全 可 以 互 换 。2.6 接触器用真空灭弧室真空接触器用真空灭弧室是专门研制的，它与断路器用灭弧室相比具有：载流水平低、低浪涌、触头抗磨损、电寿命在 30 万次
8、以上。国产TJC-12/630 真空灭弧室部分数如下：额定电压 12KV额定电流 630A额定开距 61mm接触电阻 60触头自闭力 7020N触头反力 10020N机械寿命 100 万次3、高压限流熔断器高压限流熔断器在 F-C 回路中，作为短路保护功能元件，当电流超过给定值足够时间时，通过熔化熔体，开断电流切断所接入回路的器件。熔断器具有速断保护特性好，且开断电流越大，开断时间越短的特点。高压限流熔断器详细特性见相关文献。3.1 额定电压选择高压限流熔断器的额定电压按相应系统额定电压选择，只宜超过不宜降低电压使用，以避免熔体熔断截流时产生的电压超过允许的 2.5 倍工作相电压。3.2 额定
9、电流选择熔断器额定电流选择应考虑下列4因素回 路 的 正 常 和 可 能 过 载 电 流回路开合变压器、电动机、电容器组时的瞬态现象。合 理 的 与 其 它 保 护 装 置 配 合F-C 回路中，高压限流熔断器是后备熔断器，对回路正常和可能过载的电流来讲为后备保护，即当回路电流等于或小于真空接触器额定开断电流时，应由综合保护装置动作由接触器切断电流；当回路电流大于综合保护装置整定电流或真空接触器拒动时，才能使熔断器动作。3.3 电动机的保护和熔断器的选择LHJCZR 系列高压熔断器真空接触器回路可用于电压3.612KV，电动机功率达到 1200kw的应用场合。 这要归功于其操动机构的简单、可靠
10、和主触头 的 长 寿 命 设 计 。用 于 电 动 机 保 护 的 熔 断 器 的 选 择 必 须 依据其 使 用 条 件 来 进 行 ， 必 须 考 虑 以 下 数据：工作电压起动电流起动时间每小时起动次数电动机满负荷电流安装现场的短路电流短路保护通过熔断器来实现，通常选择比电动机更高的额定电流以躲过起动电流的影响。但这样又不能进行过载保护。因此，必须有一个反时限或定时限继电器对过载进行保护。为了保护对接触器、电流互感器、电缆、电动机本身及电路中其它设备可能受到的因长期过载或允通能量I2t 超过耐受能量造成的损害，熔断器的脱扣与其它保护继电器须良好配合，在电流时间特性曲线上，要使继电器曲线和
11、熔断器曲线交于一点，这一点满足：1)因过载、单相运行、转子堵转和重复起动引起过电流的电动机保护由反时限或定时限继电器作用于接触器来实现；2)回路中相间、相对地故障电流，其值小于接触器的开断电流时，由反时限或定时限继电器提供保护；3)故障电流大于接触器开断电流直至最大耐受故障电流的保护，由熔断器提供保护。按照上述方法选择的电动机容量、起动次数、起动时间与熔断器关系见表 15表 1熔断器熔体额定电流(A)起动频次(次/h)电动机功率 KW 启动时间 S 启动电流 A2 4 8 16 3225031540050063080090010001120125062202503004005006007007
12、508509501001251601602002242242503153151001251601602002242242503153151051601601602002242502503151051601602002242242502503151051601602002242242502503152503154005006308009001000112012501520025030040050060070075085095010012516020022422425031510012516020022422425031512516016020022422425031512516020022422
13、4250315125160200224224250315250315400500630800900100011201250602002503004005006007007508509501251602002242242503151251602002242503153151251602002242503151601602002503153151601602002503153153.4 变 压 器 的 保 护 和 熔 断 器 的 选 择LHJCZR 系列高压熔断器真空接触器回路用于控制和保护变压器时，应该装上合适的限流熔断器，熔断器的选择应与其它保护装置配合，且能承受较高的变压器的涌流和变压器的持
14、续过负荷电流而不损坏，但熔断器的额定电流不应太大，以便与接触器等设备的配合。用于变压器初级端熔断器的一般选用原则见表 2表 2变 压 器 额 定 功 率 (KVA)熔 断 器 额 定 电 流 (A)额 定 电 压 (KV)100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 12503.6 63 63 63 80 80 100 100 160 160 200 250 3157.2 50 50 50 63 63 80 80 100 100 125 125 160612 31.5 31.5 40 40 50 50 63 63 80 80 80 1003.5 电容
15、器组的保护和熔断器的选择LHJCZR 系列高压熔断器真空接触器回路用于控制和保护电容器组时，应对关合电容器组时电流的瞬变过程进行计算，依此选择在过载时对设备的保护，单个电容器组投切的电流波形如图(2) ，已有电 容 器 组 并 网运 行 的 情 况 下 再 投 切 另 一 电 容 器 组 时 的电 流 瞬 变 波 形 如 图 (3) 。在 LHJCZR 系列高压熔断器真空接触器回路中的熔断器作短路保护电容器组时，必须能承受上面提到的合闸涌流，而且其允通能量(I 2t)通常必须小于 0.7 倍的熔断器最小额定弧前能量 I2t。当熔断器不能满足上述条件，并且已不可能选择更大规格的熔断器时，为降低瞬
16、态过程允通能量，可给电容器组串联特殊电阻。通常选择熔断器的额定电流大于电容器额定电流的 23 倍即可。当投切电容器的涌流和频率即Ip(kA)xf(Hz)超过 20000 时及接触器在频繁投切场合，建议使用电抗器，这样对接触器和熔断器都有好处。4、F-C 回路的应用实例现在发电厂内部高压厂用电回路的设计都采用了真空断路器加 F-C 回路组合配电的方式，对 800KW 及以下的风机类电动机、1000KW 及以下的泵类电动机、1600KVA 及以下的变压器和 1200Kvar 及以下的电容器组回路都采用了 F-C 回路控制，超过此范围的采用真空断路器回路控制，下面仅举 4 例来说明。4.1 宿迁国营
17、热电厂宿迁国营热电厂是新建的火电厂，厂用配电系统是中央计算机控制，由8 台真空断路器柜和 36 台 F-C 柜组成来控制和保护厂内电动机和变压器。36 台 F-C 柜内装配如下：LHJCZR 接触器加 WFNHO 高压限流熔断器保护高压电机用，其中：LHJCZR-7.2JY/D315-40T 配 WFNHO-50A 6 台配 WFNHO-63A 8 台配 WFNHO-80A 3 台配 WFNHO-160A 7 台LHJCZR 接触器加 XRNT 高压限流熔断器保护变压器用，其中：LHJCZR-7.2JY/D315-40T 配 XRNT-63A 3 台配 XRNT-80A 4 台配 XRNT-1
18、00A 2 台配 XRNT-125A 3 台4.2 山东聊城热电厂山东聊城热电厂也是新建的火电厂，厂用配电中央控制器由韩国进口，由 12 台真空断路器柜和 43 台 F-C 柜组成对厂内电动机、变压器、电容器7的控制和保护。43 台 F-C 柜内装置如下：LHJCZR 接触器加 WFNHO 高压限流熔断器保护高压电机之用，其中：LHJCZR-7.2JY/D315-40T配 WFNHO-31.5A 10 台配 WFNHO-40A 3 台配 WFNHO-63A 3 台配 WFNHO-80A 10 台LHJCZR 接触器和 XRNT 高压限流熔断器保护电容器之用，电容器的补偿容量每台为 300Kva
19、r，熔管额定电流为 50A，额定电压为 12KV，且对接触器要求弹跳时间2ms，合计4 台LHJCZR 接触器加 XRNT 高压限流熔断器保护变压器之用，其中：LHJCZR-7.2JY/D315-40T配 XRNT-50A 3 台配 XRNT-80A 4 台配 XRNT-100A 2 台LHJCZR 接触器加短接铜管起到分接联络之用共 4 台4.3 江西贵西发电厂江西贵西发电厂二期工程，厂用配电系统由 10 台真空断路器和 36 台F-C 柜组成。36 台 F-C 回路中， LHJCZR 真空接触配 WFNHO 高压限流熔断器保护高压电机用共 21 台。LHJCZR 真空接触器配 XRNT 高
20、压限流熔断器保护变压器用共 12 台。LHJCZR 真空接触器配 XRNT 高压限流熔断器保护电容器组用共 3 台。4.4 厦门嵩屿电厂厦门嵩屿电厂二期扩建两套 30万 KW 机组，高压厂用电由 12 台真空断路器柜和 26 台 F-C 柜组成对厂内电动机、变压器、电容器的控制和保护之用，26 台 F-C 柜都是用于控制和保护高压电动机，具体如下：LHJCZR-7.2JY/D315-40T配 WFNHO-100A 6 台配 WFNHO-160A 9 台配 WFNHO-200A 8 台配 WFNHO-250A 1 台配 WFNHO-315A 2 台5、总结高压限流熔断器加真空接触器即F-C 回路在电厂的厂用高压系统中使用越来越普遍，特别是 LHJCZR 系列真空接触器熔断器组合电器在电厂的应用中，具有节省投资、功能明确、短路故障切除时间快、易于频繁操作、结构紧凑、无需经常维护的条件下保证其长久的电气与机械寿命，且通用性强，实现了同类接触器能完全互换。F-C 回路开关柜装配 LHJCZR 系列高压真空接触器后，变压器的最大8容量可用到 1600KVA；高压电机的容量可用到 1250KW；电容器的容量可用到 1200Kvar；超过此范围的负荷，应采用真空断路器柜供电。 9图、单个电容器组投切时的电流波形图10图、在已有电容器组并网运行的情况下投切另一电容器组时的电流瞬变波形图
