(中国黄金集团江西金山矿业有限公司 江西德兴 334200)
摘要：在老矿山10kV中压配电网中，地表和井下使用最为普遍的电气控制设备要数高压跌落式熔断器了；它作为一种最简单的保护电器，一旦线路或配电变压器有过负荷或故障时，它能迅速切除故障保护供电线路和保护变压器的作用。但是对于三相用电设备，跌落熔断器的缺相运行经常会造成井下水泵、风机、电机等设备烧毁。为了提高供电可靠性、完善保护灵敏度和避免经济损失，将目前使用的跌落式熔断器改造更换为负荷开关—熔断器组合电器，对于提高工程的可靠性、安全系数及经济性方面都有很大的意义，而且还是国内金属非金属矿山中第一家首次在井下供配电系统中应用该设备的企业，并且可靠性、稳定性、技术性得到了使用的检验。
关键词：负荷开关—熔断器组合电器；跌落熔断器改造；避免缺相运行
1、项目概况
中国黄金集团中原矿业有限公司高压供配电系统情况：整个生产供电网络形成于2006—2007年；矿区设35kV总降压站一座，主变容量8000kVA，35kV侧采用单母线接线，10kV侧采用单母线分段接线；10kV中压配电网为树干式接线方式，通过坪鑫线、坪选线分别向井下和选厂供电。
井下采矿工业区主要由1040m中段、970m中段和910m中段组成，井下10kV配电网也为树干式接线。10kV树干1：坪鑫线井口电源—970m中央水泵房（T1、T2）—970m采区配电硐室（T3、T4）—970m废石溜井配电变（T5）；10kV树干2：坪鑫线井口电源—1040m配电硐室（T1、T2）—910m配电硐室（T3、T4）—910m东部配电硐室（T5）；目前以上10个“T”结点均采用户外跌落式熔断器作为变压器保护和转供电的控制。
由于跌落熔断器动作性能和保护性能的特点，容易出现熔丝熔断后熔管不能自动跌落、熔管误跌落和熔丝误断等故障，该类故障均会造成三相动力设备的烧毁。为了有效地解决设备烧毁造成经济损失的问题，减少停电次数和保障生产任务的完成，通过技术可行性论证后提出：将井下所有跌落熔断器改造成为负荷开关—熔断器组合电器。2015年06月对井下10只跌落熔断器进行全部改造，通过4年的设备连续运行分析，没有出现过熔丝熔断后熔管不能自动跌落、熔管误跌落和熔丝误断等故障，也没有发生过因为缺相运行造成风机、水泵等电机烧毁现象；不仅解决了上述电气故障问题，还是国内金属非金属矿山中第一家首次在井下供配电系统中应用该设备的企业。
2、10kV配电变压器的保护配置可行性技术论证
2.1设计规程相关规定：
根据规范、计算转移电流的要求和配电变压器容量：容量在315kVA以下时，一般保护配置选择跌落熔断器；变压器的容量在400kVA~1250kVA时，应装设负荷开关—熔断器组合电器；容量>1250kVA时，选用断路器保护，配合变压器微机保护。
2.2技术性能方面论证：
首先从配电变压器保护技术要求分析：当配电变压器的内部发生短路故障或接地故障时，必须在15~20ms内切除故障才能保证变压器的本体安全，否则容易发生配变炸裂危险。
组合电器与断路器的技术性能相比较：当采用高压真空断路器保护配电变压器内部时，因断路器的完全分闸时间包括继电保护得到跳闸命令起加上断路器动作时间，再加上燃弧熄灭的时间，一般全开断时间不小于55ms，这就不能快速、瞬间地保护变压器。而负荷开关—熔断器组合电器用限流快速熔断器来开断短路故障分闸，根据西安高压试验所对组合电器做的速断功能测试报告得出，组合电器可在10ms内迅速切除故障，能有效地解决变压器内部故障时造成油箱炸裂现象，从而更加可靠地保护配电变压器。由此可知，当配电变压器容量在400kVA~1250kVA时，其高压侧的保护装设负荷开关—熔断器组合电器要比装设断路器更加符合设计规范，具有更强的技术要求特性。
组合电器与跌落熔断器的技术性能相比较：夜长坪钼矿是一座大型的金属矿山，具有井下出矿量大和生产任务大的特点，所以井下的配电变压器容量配置都比较大。井下原有6台变压器（2台800kVA，4台为630kVA）、4个转供电“T”结点的容量均大于1250kVA，均采用户外跌落式熔断器。据翻阅维修记录得知：2010年~2015年共发生23次跌落熔断器动作，其中熔管误跌落5次、熔丝误断6次、硅橡胶及熔管烧毁5次、误熔丝熔断后熔管不能自动跌落7次，并且造成了一定的经济损失和存在生产安全隐患。分析原因多数为跌落熔断器发生了单相或两相熔断形成的变压器缺相运行引起，加上值班电工未能及时发觉去处理和电机保护也不完善等因素，共计烧毁电机71台，累计造成约15万元的直接经济损失。由于跌落熔断器过流能力小、故障相断开的缺相运行等缺点，其多适用于照明生活等中性点可以偏移的负荷，不适合容量在315kVA以上的配电变压器使用。组合电器功能和特点弥补了跌落熔断器的缺陷。当组合电器发生限流熔断器单相断开时，断开的同时其撞针瞬间击发负荷开关脱口扳机，负荷开关三相同时跳闸断开，防止变压器初心缺相运行情况；同时它的转移电流也小于故障电流峰值，完全达到保护配变和线路的目的。
2.3、经济性能方面论证：
断路器开关造价昂贵，不能单独实现保护，还需要辅助微机保护装置、电流电压互感器等，工程造价高；跌落熔断器造价低，功能不完善。组合电器成本相对较低，经济适用。
3、负荷开关—熔断器组合电器简介
组合电器包括1组负荷开关和3个带有撞击器的限流熔断器，任何一个熔断器发生“冶金”效应熔断时，应使负荷开关三极全部自动分闸。它不仅承担正常的工作电流，还能分断发生全短路故障时的故障电流的开断任务，即用负荷开关完成大量的负荷分合操作，用熔断器实现极少发生的短路保护。组合电器按照工作介质分为SF6开关、真空开关、一般型开关等，根据使用环境和使用条件，选择合适的开关型式。
4、负荷开关—熔断器组合电器的选择和校验的原则和方法
4.1负荷开关按工作条件选择和按转移电流校验
Ue≥Uwe,（额定电压≥电网额定电压），建议选12kV；Ie≥Iwe,（额定电流≥回路持续工作电流），建议选630A。
转移电流是选用组合电器的一个重要指标，如果选用不当，负荷开关的转移电流能力不足，将开断短路电流时而引起开关爆炸。建议按照如下方法估算：例如S11-800配电变压器，电压10.5/0.4kV，阻抗电压百分数k=4.5；转移电流校验公式参照：Xt=kUn2/Sn=6.2Ω，假设变压器二次侧短路，高压侧最大三相短路电流Id=Un/（√3*Xt）=978A。按照转移电流的定义和负荷开关开断时间及特性，转移电流要避开最大短路电流，控制在70%以下，即685A；验算结果为容量＜800kVA变压器选用一般型负荷开关。
系统最大短路电流建议选取20kA。
4.2负荷开关与限流熔断器的配合：
组合电器的功能有着极大的优势和特点，负荷开关用来开断工作电流，熔断器用来分断短路故障时的短路电流。负荷开关与快速熔断器之间存在一个过电流的区域，为了保证良好的开断能力和动稳定、热稳定的可靠性，它们需要相互配合才能顺利完成开断任务。组合电器中负荷开关与熔断器配合操作的过程发生在故障时的一瞬间，它与电路中电流大小密切相关。当开断较小的短路电流（如小于4~5倍的熔断器的额定电流）时，组合电器的开断由负荷开关单独完成，负荷开关三相开断，三相熄弧；当电路出现较大的故障时，故障电流往往可达几十倍的额定电流，熔断器就起了主导作用，在故障电流的第一个半波动作，过半波后已开断三相电路，负荷开关随后的操作属于不带负荷动作；当电流在转移电流（3-20倍熔断器的额定电流），三相熔断器某一相先动作，动作的同时它的撞击器触发负荷开关扳机跳闸。那么剩下的两相电路会由负荷开关来开断，也可能由熔断器来开断，此时的熔断器与负荷开关将相互配合来完成三相的全开断任务。按照IEC标准，10kV系统中不同容量变压器的熔断器额定电流推荐按下表选择：
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5、组合电器作为配电变压器保护电器的注意事项
1）、在我国的电力系统中，推荐变压器额定容量在1250kVA及以下的变压器保护中使用组合电器莲作为主保护；≥800kVA的油浸式变压器应采用具有带分励脱口器的组合电器，必须将瓦斯继电器信号接入跳闸线圈；干式变压器需要将超温跳闸保护信号同理接入跳闸线圈，带有外壳的干式变压器同理将开门跳闸接入跳闸线圈；
2）、组合电器中应安装三相同一型号、同一规格的熔断器；
3）、熔断器要安装正确，确保撞击器能适时弹出、可靠触发脱口装置，是很重要的；
4）、发生了一相或两相熔断后，应更换三相熔丝；
6、结语
选用负荷开关—熔断器组合电器应根据首先要结合现场实际情况，对于非煤矿山类场所，由于潮湿、粉尘等环境，要选用户外型加强型绝缘的组合电器。其次按照变压器额定容量和运行方式，并结合各类负荷开关的性能指标和相关电气技术参数及开断能力，验算其转移电流和交接电流，合理选择组合电器的参数，进而选用出正确的组合电器，有力地确保组合电器和变压器的安全可靠运行。
7、参考文献
[1]电气工程师手册.北京：机械工业出版社.
[2]张娟，马志瀛，高压限流熔断件的二维温度场数学模型及应用.
[3]金立军，马志瀛，组合电器中熔断器撞击器动作特性的研究.
[4]谢炜，10kV中压终端用户配电方式及相关电器选用.
[5]寇政理，二次配电开关设备技术发展.