近年來，福建省莆田經(jīng)濟一直在持續(xù)穩(wěn)步地增長，投資環(huán)境的日益改善吸引了越來越多的企業(yè)在莆田落戶。而電氣工程的造價與變壓器的保護配置方案、電氣設(shè)備的選型是息息相關(guān)的，本文通過對10 kV配電變壓器保護配置方案的綜合比較分析，以及對負荷開關(guān)-熔斷器組合電器在正確選用時一些相關(guān)事項的介紹，論述了負荷開關(guān)-熔斷器組合電器在終端用戶中應(yīng)用的合理性和發(fā)展前景，目的是一方面做到有效保護10 kV配電變壓器，保證電力系統(tǒng)的安全運行水平；另一方面可以降低工程的整體造價，減少用戶的投資成本，提高用戶的滿意度水平。
1 10 kV配電變壓器的保護配置方案
福建省電力有限公司要求永久性用電的用戶計量柜的設(shè)計選型是：凡容量在100～315 kVA（不含315 kVA）且供電方案確定為低壓計量的用戶應(yīng)采用低壓計量柜方式計量，容量在315 kVA及以上的用戶應(yīng)采用高壓計量柜方式計量。電氣設(shè)計人員就依據(jù)該原則考慮是否配置高壓柜對變壓器進行保護，一般大部分設(shè)立專用變壓器的用戶，高壓供電系統(tǒng)為10 kV系統(tǒng)，10 kV配電變壓器的保護配置方案通常有以下幾種：
用戶容量小于315 kVA的，考慮采用跌落式熔斷器進行保護，變壓器的位置根據(jù)現(xiàn)場提供的條件選擇放置在桿上變臺或落地的方式。
用戶容量在315 kVA及以上時，由于要求使用高壓計量柜，就涉及到高壓配電柜的選型問題。此時變壓器保護配置方案一般有兩種：一種是利用斷路器；另一種則利用負荷開關(guān)-熔斷器組合電器。
這兩種配置方式在技術(shù)和經(jīng)濟上各有優(yōu)缺點，目前的情況是并存選用。本文著重對這兩種方式進行綜合比較分析。
2 負荷開關(guān)-熔斷器組合電器與斷路器保護的比較
2.1 兩種配置各自的特點
高壓負荷開關(guān)-熔斷器組合電器是由高壓負荷開關(guān)來承擔(dān)過載電流（此過載電流對高壓負荷開關(guān)來說，仍在高壓負荷開關(guān)額定開斷電流的范圍內(nèi)）和正常工作電流的關(guān)合和開斷，并且還要求承擔(dān)“轉(zhuǎn)移電流”的開斷。而變壓器高壓側(cè)的短路保護和過載保護由熔斷器來承擔(dān)。這是一組負荷開關(guān)及三個帶觸發(fā)器的熔斷器，只要任何一個觸發(fā)器動作，其聯(lián)動機構(gòu)會使負荷開關(guān)三相同時自動分閘。兩者的有機結(jié)合可滿足配電變壓器各種正常和故障運行方式下操作保護的要求。因此其最大的特點是結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價格便宜。如能合理選配熔斷器、負荷開關(guān)與變壓器的參數(shù)，也能達到可靠保護的要求。
對于斷路器而言，斷路器具備所有保護功能與操作功能，斷路器參數(shù)的確定和結(jié)構(gòu)的設(shè)計制造均嚴格按標準進行，因而其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、選材嚴格、造價昂貴，在終端用戶中大量使用不現(xiàn)實。
2.2 兩種保護對配電變壓器性能比較
對保護配電變壓器，采用負荷開關(guān)-熔斷器組合電器比斷路器更為經(jīng)濟實用。有時后者甚至并不能起到有效的保護作用。試驗表明，當(dāng)油浸變壓器發(fā)生短路時，為使油箱體不變形和開裂，必須在20 ms內(nèi)切除故障。如果采用斷路器保護，斷路器最快全開斷時間（繼電保護動作時間加斷路器固有動作時間加燃弧時間），一般需要3個周波（60 ms）左右，而限流熔斷器則可在10 ms內(nèi)切除故障并限制短路電流，能夠有效地保護變壓器。即使是干式變壓器，因熔斷器的保護動作快，也比采用斷路器好。
2.3 繼電保護性能比較
在配電網(wǎng)絡(luò)的上一級斷路器(變電所10 kV饋出線斷路器)的保護一般設(shè)置為速斷0 s，過流0.5 s（或以內(nèi)），零序0.5 s。若環(huán)網(wǎng)柜中采用斷路器，即使整定時間為0 s動作，由于斷路器固有動作時間的分散性，也很難保證不是上一級斷路器首先動作。而限流熔斷器不受短路引起的壓降的影響，在極短的時間內(nèi)切除故障，不會造成越級跳閘。
2.4 開合空載變壓器的性能比較
配電變壓器一般容量不大于1250 kVA，極少情況達1600 kVA，變壓器空載電流一般為額定電流的2%左右，較大的配電變壓器空載電流較小。若采用斷路器時，因其滅弧能力按開斷大短路電流設(shè)計，在開斷空載變壓器小電流時，容易發(fā)生強制滅弧，產(chǎn)生截流過電壓。就此點來講，并不希望使用具有強滅弧能力的斷路器。而負荷開關(guān)開合空載變壓器小電流時，性能良好，不會產(chǎn)生較高過電壓。
從以上各點可以看出，使用負荷開關(guān)-熔斷器組合電器不比斷路器效果差，在某些方面還具有獨特的優(yōu)勢，可費用卻可以大大降低。因此在用戶工程中應(yīng)該推廣使用,前提條件是要做到正確選用組合電器。斷路器與組合電器在性能上的比較如表1所示。
表1 斷路器與組合電器性能比較
3 負荷開關(guān)-熔斷器組合電器選用時注意事項 3.1 10 kV負荷開關(guān)的選用類型
負荷開關(guān)通常分為一般型和頻繁型兩種，以空氣為絕緣介質(zhì)的產(chǎn)氣式和壓氣式負荷開關(guān)為一般型，真空和SF6負荷開關(guān)為頻繁型。頻繁型負荷開關(guān)的機械壽命、電壽命和其它一些性能指標要強于一般型負荷開關(guān)。我國在發(fā)展的初始階段以產(chǎn)氣式和壓氣式負荷開關(guān)為主，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，頻繁型負荷開關(guān)產(chǎn)量不斷提升，各地電力系統(tǒng)已較多采用頻繁型負荷開關(guān)，尤其是真空負荷開關(guān)，而產(chǎn)氣式負荷開關(guān)由于滅弧能力差，已極少采用。據(jù)統(tǒng)計，目前在我國市場上對負荷開關(guān)的應(yīng)用中，真空負荷開關(guān)占了約50%，壓氣式負荷開關(guān)、SF6負荷開關(guān)各占了約25%。SF6斷路器在戶外10 kV特別在35 kV級很有競爭力，但其發(fā)展前景不樂觀。因此，從發(fā)展的觀點看，真空負荷開關(guān)在我國是最有發(fā)展前途的一種負荷開關(guān)，在性能上與SF6負荷開關(guān)基本相同，而在價格上比SF6負荷開關(guān)更便宜。目前，真空負荷開關(guān)和SF6負荷開關(guān)在莆田并存使用，運行情況良好，而壓氣式負荷開關(guān)應(yīng)用較少。
3.2 開斷轉(zhuǎn)移電流對負荷開關(guān)的要求
由于三相熔斷器熔體熔化具有時間差，當(dāng)其中某相的熔斷器先于其他兩相熔斷器熔斷時，其撞擊器開始使高壓負荷開關(guān)分閘，同時其余兩相的過載電流將減少至87%，并轉(zhuǎn)移到高壓負荷開關(guān)，由它來開斷。因此轉(zhuǎn)移電流是指熔斷器與負荷開關(guān)轉(zhuǎn)換職能時的三相對稱電流。低于該值時，首開相電流由熔斷器開斷，其他兩相電流由負荷開關(guān)開斷。大于該值時，三相電流僅由熔斷器開斷。轉(zhuǎn)移電流是在選用組合電器時應(yīng)注意的一個重要指標，假如選用不當(dāng)，負荷開關(guān)所能承受的轉(zhuǎn)移電流不足，將無力承擔(dān)開斷兩相短路電流的任務(wù)而引起開關(guān)的爆炸。
值得注意的是，對于多臺配電變壓器并列運行的系統(tǒng)，在選用組合電器時要特別注意轉(zhuǎn)移電流的校驗問題，如果是兩臺同型號、同容量的配電變壓器并列運行，當(dāng)出現(xiàn)變壓器低壓側(cè)短路時，此時變壓器阻抗將只有單臺配電變壓器的一半，從而使高壓側(cè)最大三相短路電流增加一倍，相應(yīng)可能出現(xiàn)的轉(zhuǎn)移電流也隨之增加了一倍。因此對于多臺配電變壓器并列運行的系統(tǒng)，在選用組合電器時更應(yīng)進行轉(zhuǎn)移電流的驗算。
3.3 在要求裝有過電流脫扣裝置的組合電器中，須注意交接電流指標的選配
在裝有過電流脫扣裝置的組合電器中，當(dāng)過電流較小時，由負荷開關(guān)的過流脫扣裝置動作來推動負荷開關(guān)開斷此電流；當(dāng)過電流較大時，由熔斷器直接動作來開斷此電流。這兩個過電流互相延伸相交點的電流稱作交接電流。當(dāng)故障電流小于交接電流時，開斷電流的任務(wù)由脫扣器觸發(fā)的負荷開關(guān)來承擔(dān)；當(dāng)故障電流高于交接電流時，開斷電流的任務(wù)由熔斷器來承擔(dān)。為此選配交接電流參數(shù)較高的負荷開關(guān)，特別是頻繁型負荷開關(guān)，可有效地減少熔斷器的動作次數(shù)，從而大大減少了更換熔斷件的數(shù)量，這具有一定的技術(shù)經(jīng)濟意義。若用戶和設(shè)計人員根據(jù)產(chǎn)生負荷電流的實際情況，認為裝設(shè)過電流脫扣裝置沒有多大的經(jīng)濟意義，則使用高壓全范圍熔斷器來實現(xiàn)開斷所有的小過載電流，就可不要求取“交接電流”，并省去安裝為小過載電流動作的過流脫扣裝置。
3.4 保護變壓器用熔斷器的選配
采用負荷開關(guān)-熔斷器作為方案，設(shè)計人員一般都不再進行繁瑣的設(shè)計，以及對短路電流和繼電保護的整定計算，選用制造廠提供的成套設(shè)備即可。選用熔斷器時，熔斷器的額定電流要與變壓器的容量相匹配，制造廠也會提供這方面的數(shù)據(jù)。如按變壓器容量選擇熔斷器額定電流，熔斷器保護10 kV變壓器，一般按表2進行選擇。
表2 熔斷器選擇
4 終端用戶高壓配電系統(tǒng)接線方式的舉例 用戶報裝容量為2臺630 kVA變壓器，只要求單電源進線。根據(jù)福建電網(wǎng)城市中低壓配電網(wǎng)建設(shè)改造技術(shù)導(dǎo)則的相關(guān)規(guī)定：開閉所、配電站內(nèi)單臺變壓器容量在1000 kVA以上，10 kV設(shè)備應(yīng)采用斷路器；1000 kVA及以下，10 kV設(shè)備可采用負荷開關(guān)-熔斷器組合保護。按照這個指導(dǎo)思想，該用戶高壓配電系統(tǒng)的元件配置方案可按圖1方案1設(shè)計。
圖1 用戶內(nèi)部高壓配電系統(tǒng)元件配置 該方案是在進線柜1裝設(shè)斷路器，達到福建電網(wǎng)城市中低壓配電網(wǎng)建設(shè)改造技術(shù)導(dǎo)則的要求，而在出線柜4和柜5分別裝設(shè)負荷開關(guān)-熔斷器組合電器，其中熔斷器作為對應(yīng)變壓器的相間短路保護，負荷開關(guān)實現(xiàn)每臺變壓器的投切操作。
筆者認為，該方案可實現(xiàn)對變壓器的可靠保護，造價較低，體積較小，能夠有效節(jié)省配電投資。而方案2是進線柜和兩面出線柜內(nèi)均使用斷路器對變壓器進行保護，也是設(shè)計人員經(jīng)常使用的一種方案，造價較高，體積較大。從上述第3點可以得知，方案1在保護配電變壓器的性能上比方案2更有優(yōu)勢，價格卻比方案2便宜。對照本案例，兩種方案在經(jīng)濟上的比較如表3所示。
對照表3可以看出，在方案1的出線柜中選擇任意一種負荷開關(guān)后，設(shè)備總價格均要比方案2便宜。
表3 兩種方案在經(jīng)濟上的比較
