真空斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的發(fā)展歷程

摘要：通過對真空斷路器上采用過的幾種操動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能對比，突出了永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和技術(shù)先進(jìn)性。詳細(xì)分析了永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、動(dòng)作原理及真空斷路器電氣控制系統(tǒng)的工作原理，論證了永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)在真空斷路器上的應(yīng)用將對真空斷路器向免維護(hù)方向發(fā)展起到非常重要的作用。

關(guān)鍵詞：永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu) 真空斷路器 免維護(hù)

1 概述

目前在供配電系統(tǒng)中，大量使用的真空斷路器，要求操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作頻繁而不損，高可靠和少維護(hù)或免維護(hù)。本文探討的用于中壓真空斷路器的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)基本符合上述要求，比傳統(tǒng)的操動(dòng)機(jī)構(gòu)性能更優(yōu)。

2 真空斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的發(fā)展歷程

2.1 電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu) 通過電磁力去實(shí)現(xiàn)分、合閘的操動(dòng)機(jī)構(gòu)是最早的應(yīng)用在真空斷路器上的，這種操動(dòng)機(jī)構(gòu)被叫做電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)。

2.2 彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu) 利用交、直流兩種電動(dòng)機(jī)對彈簧進(jìn)行預(yù)儲能，利用彈簧產(chǎn)生的彈性勢能完成分，合閘的操作。這種彈簧的操動(dòng)機(jī)構(gòu)的可靠性難以保證。

3 永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)

永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)是一種新型的電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，由永磁體來實(shí)現(xiàn)真空斷路器的分閘和合閘操作。

3.1 永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)中永磁體的可靠性

與傳統(tǒng)的電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)就是在操動(dòng)機(jī)構(gòu)中使用了永磁體。永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)中的永磁體是由釹鐵硼稀土材料制造成的，這種材料一旦受到了強(qiáng)大的沖擊，或者高溫以及反向的磁場作用，就會發(fā)生退磁的現(xiàn)象。釹鐵硼材料的磁力性能在常溫的條件下是不會下降的，只有在溫度到120℃以上的時(shí)候，釹鐵硼材料的磁性才可能會下降，但是在正常的運(yùn)行中，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)是不會有這么高的溫度的出現(xiàn)的。而且永磁體的退磁現(xiàn)象，對永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行并不會產(chǎn)生影響。

3.2 永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

①機(jī)構(gòu)簡化了傳動(dòng)鏈，無需機(jī)械脫、鎖扣裝置，減少了故障源，通過動(dòng)鐵心與主軸傳動(dòng)拐臂相連直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)觸頭的。②與傳統(tǒng)的電磁機(jī)構(gòu)和彈簧機(jī)構(gòu)相比，機(jī)構(gòu)的機(jī)械壽命可高達(dá)10萬次，機(jī)械壽命至少提高3倍以上。③可保證分合閘操作時(shí)三相同期性的是，機(jī)構(gòu)的下部基座設(shè)計(jì)有聯(lián)動(dòng)軸，控制了首開相燃弧時(shí)間（1ms內(nèi)）。④減小了分、合閘時(shí)對線圈電流的要求，采用了全新的磁路設(shè)計(jì)，增大了分、合閘的保持力，降低了能耗。⑤合閘線圈只控制合閘操作，分閘線圈只控制分閘操作，通過雙線圈分別控制分、合閘操作，提高了機(jī)構(gòu)的可靠性。

4 永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器的工作原理

采用永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的真空斷路器的工作原理圖如下：

當(dāng)接通控制電源后，開關(guān)電源將輸入的100VAC變成155VDC輸出，一路經(jīng)過限流電阻R1和隔離二極管VD1對儲能電容C1充電，另一路經(jīng)過電阻R2和斷電器J1也對儲能電容C1充電。當(dāng)儲能電容C1被充至150VDC左右時(shí)（儲能電容C1基本上已充滿電），斷電器J1停止工作。J1的一對動(dòng)斷觸點(diǎn)J1-1恢復(fù)閉合，接通儲能燈電路，充電完成指示燈VD3和VD5被點(diǎn)亮；同時(shí)J1的另一對動(dòng)斷觸點(diǎn)J1-2也恢復(fù)閉合，使真空斷路器處在準(zhǔn)備合閘的操作狀態(tài)。

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5 永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)越性

由永久磁鐵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的脫、鎖扣機(jī)構(gòu)，由分合閘線圈來提供操作時(shí)所需要的能量，保留了電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)和彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)全部的功能。永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作部件少，中間轉(zhuǎn)換和連接機(jī)構(gòu)也很少，合分閘時(shí)間的分散性可以控制在±1ms之內(nèi)，大大減少了動(dòng)作時(shí)間的分散性和不可控性，且分合閘速度快，合閘時(shí)間僅為50ms，分閘時(shí)間為35ms。斷路器的合分閘速度提高使電力系統(tǒng)運(yùn)行的瞬態(tài)過渡過程縮短，斷路器的同步分?jǐn)嗄芰σ簿吞岣?。這就保證了電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性。永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)成本低，重量輕，少維護(hù)或免維護(hù)。

6 永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)真空斷路器發(fā)展前景

目前，電力部門由原來的單純行業(yè)管理轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)用戶的公益性企業(yè)，我國對城市和農(nóng)村配網(wǎng)的改造正在進(jìn)一步深入。因此，電力部門不但對設(shè)備的質(zhì)量和性能要求越來越高，新一代永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)真空斷路器的出現(xiàn)，同時(shí)對投資及可獲得的效益也越來越關(guān)注，將為廣大用戶提供一種全新的選擇。下一代真正免維護(hù)開關(guān)產(chǎn)品將成為高壓開關(guān)的主流方向，引起中高壓真空斷路器劃時(shí)代的革命，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)需要與真空斷路器相配合。

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作者簡介：劉文勝（1967-），男，湖南新化人，副教授，碩士，主要從事控制工程研究工作。