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真空斷路器永磁操作機構(gòu)及其同步過零技術（一）
2015-01-13 440一、傳統(tǒng)操作機構(gòu)存在的問題近年來，真空斷路器和SF6斷路器基本取代了多油或少油式斷路器，尤以真空斷路器得到廣泛應用。特有的全封閉真空弧室，不但特別適合頻繁操作，還具有免維護的特點。然而，在減小斷路器總體拒動率上(即動作可靠性)進展不大。原因是操作機構(gòu)無重大改進。常用的電磁式操作機構(gòu)如CD10等已沿用50多年，技術落后，操作功率大，結(jié)構(gòu)復雜，機械零件約120個。根據(jù)國內(nèi)外斷路器故障率統(tǒng)計，有70%的故障均來自操作機構(gòu)的機械部分。*近幾年，彈簧操作機構(gòu)的出現(xiàn)，對提高斷路器整體素質(zhì)，起到了較大的作用。因為傳統(tǒng)電磁操作機構(gòu)在提高合閘速度上受到很大限制，它的合閘功率已很大，對電源要求高，再提高容量，受到多種因素的限制。而彈簧機構(gòu)采用的手動或電動操作，都不受電源電壓的影響，既能獲得較高的合閘速度，又能實現(xiàn)自動重合閘，在一定程度上克服了電磁操作機構(gòu)的缺點。但就彈簧機構(gòu)本身的結(jié)構(gòu)而言，它是利用彈簧的貯能為動力驅(qū)動斷路器。彈簧的貯能是通過電動機——減速機構(gòu)完成的。整個機構(gòu)由彈簧貯能、維持貯能、合閘與分閘維持和分閘4個部分組成，所以零部件數(shù)量減不下來，約為200個。而且加工精度高，制造工藝復雜，成本高。因而在提高斷路器整體素質(zhì)上還是不很理想。
二、永磁操作機構(gòu)近年來，一種用于中壓真空斷路器的永磁保持、電子控制的電磁操作機構(gòu)(簡稱永磁機構(gòu))，已完成研制階段進入市場。它突破了傳統(tǒng)操作機構(gòu)的原理，構(gòu)思巧妙，技術上有較大創(chuàng)新，已成為電力制造和運行部門的熱點?？梢灶A見，它將在今后中壓斷路器領域內(nèi)占據(jù)重要位置。永磁機構(gòu)很適合用于真空斷路器。永磁機構(gòu)的出力特性即帶負荷特性非常接近真空斷路器的要求。從圖1可以看出，斷路器需要在動作過程中驅(qū)動力越來越大，以滿足剛分、剛合速度。而彈簧機構(gòu)恰恰相反，在合閘過程中釋放能量，彈簧力在開始階段非常大，高速運動，不但降低了機構(gòu)的效率和可靠性，巨大的沖擊力還降低了機構(gòu)的剛度。而開始階段斷路器只需要較小的力。永磁機構(gòu)的出力特性符合斷路器的受力要求，由小變大。
永磁機構(gòu)工作原理。用得*多的是一種雙穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)，也叫雙線圈永磁機構(gòu)。跳合閘過程如圖2、圖3。圖2是跳后位置，此時動鐵芯被永磁鐵吸(保持)在上部，磁力線如Ⅰ，是分閘的穩(wěn)態(tài)位置。
合閘過程如圖3。當機構(gòu)接到合閘命令時，合閘線圖6通過電流，磁場為Ⅲ和Ⅱ所示，在磁路上部抵消了永久磁鐵的磁力線Ⅰ而使鐵芯向下運動。當運動到約一半行程后，由于下部氣隙減小，永久磁鐵磁力線轉(zhuǎn)移到下部，形成了合閘線圈磁場與永磁磁場同向的情況，進而使動鐵芯加速向下運動，*終達到合位。當合閘電流消失后，永久磁鐵仍將動鐵芯保持在合位的穩(wěn)態(tài)位置。裝置巧妙之處在于，永久磁鐵的磁力線在動鐵芯中是既可向上走，也可向下走，它總是隨著上下部氣隙大小而改變方向，這恰恰符合斷路器后行程要求加速的需要。分閘過程與上述情況相反。如遇緊急情況，可用手動裝置強行將動鐵芯往上拉，進行手動緊急分閘。永久磁鐵不但能在行程后半部加速動鐵芯運動，而且行程完成后將動鐵芯牢固地吸在分或合的位置。永磁機構(gòu)*大優(yōu)點，首先是省掉了電磁式或彈簧機構(gòu)的運動連桿和鎖扣、脫扣裝置。整個操作機構(gòu)只有一個運動部件，達到了*簡程度。另外為同步過零操作提供了條件，也是它*大特點(后述)。
三、斷路器整體結(jié)構(gòu)圖4是VM1型永磁機構(gòu)與真空斷路器的整體圖。圖左是VM1真空斷路器，它的真空滅弧室是被完全澆注在環(huán)氧樹脂中，是密封的，它與上下出線座被安裝在一個管狀的絕緣筒內(nèi)，所以整個裝置不受外界因素影響，即便是在濕熱氣候或嚴重污染環(huán)境中，它仍有良好的絕緣性能。真空斷路器通過拐臂受控。圖右是永磁機構(gòu)，當跳、合閘線圈14、11接到分、合閘命令后，動鐵芯13向上、下運動完成分、合閘。跳、合閘的位置指示機構(gòu)取消了傳統(tǒng)的機械輔助開關，用無動觸頭的電子接近開關10。輔助開關也是常出故障的器件，不但調(diào)節(jié)麻煩，觸頭的接觸問題也令人頭痛。而電子接近開關的結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)很簡單。從整個結(jié)構(gòu)來看，斷路器本體只有一個運動部件，傳動部分也是一個部件(拐臂)，加上斷路器才幾個運動部件。眾所周知，結(jié)構(gòu)愈簡單愈可靠，部件由100多個減為幾個，可靠程度大為增加，達到免維護的效果。
1 上部接線柱 2真空滅弧室 3下部接線柱 4 軟連接 5 觸頭壓力彈簧 6 絕緣拉桿 7 主軸 8 行程調(diào)節(jié)器 9 開關位置檢測傳感器子 10 合閘線圈 11 永磁鐵 12 動磁鐵 13 分閘線圈 14 手動緊急分閘裝置 15 永磁機構(gòu)外殼
