永磁機構(gòu)技術(shù)

1、永磁機構(gòu)為了保證電力系統(tǒng)的安全運行，作為控制、保護元件的中壓斷路器必須能切斷額定電流，開斷關(guān)合短路電流，開合各種空載和負荷電路。為了完成這些任務(wù)，中壓斷路器必須能及時可靠地分合動靜觸頭，這要借助于操作機構(gòu)來完成。因此，操作機構(gòu)的工作性能和質(zhì)量優(yōu)劣，直接決定了中壓斷路器的工作性能和可靠性。近年來，伴隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一種新型的操作機構(gòu)永磁機構(gòu)。它采用了一種全新的工作原理和結(jié)構(gòu)，工作時主要運動部件只有一個，具有較高的可靠性，因此備受關(guān)注。對操作機構(gòu)的要求為了保證電力系統(tǒng)的安全運行，作為控制、保護元件的中壓斷路器必須能切斷額定電流，開斷關(guān)合短路電流，開合各種空載和負荷電路。為了完成這些任

2、務(wù)，中壓斷路器必須能及時可靠地分合動靜觸頭，這要借助于操作機構(gòu)來完成。因此，操作機構(gòu)的工作性能和質(zhì)量優(yōu)劣，直接決定了中壓斷路器的工作性能和可靠性。近年來，伴隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一種新型的操作機構(gòu)永磁機構(gòu)。它采用了一種全新的工作原理和結(jié)構(gòu)，工作時主要運動部件只有一個，具有較高的可靠性，因此備受關(guān)注。2 對操作機構(gòu)的要求21 合閘電力系統(tǒng)正常工作時，通過操作機構(gòu)關(guān)合斷路器，這時電路中流過的是工作電流，由于工作電流一般在400A以下，電流較小，關(guān)合較容易。但是當電網(wǎng)發(fā)生短路事故時，電路中的短路電流可達40kA，甚至更大。斷路器承受的電動力可達幾千牛以上，操作機構(gòu)必須克服如此巨大的電動力，才

3、能關(guān)合斷路器。22 保持合閘為了縮小斷路器整體尺寸和降低能耗，合閘線圈被設(shè)計成短時工作制，只允許在很短的時間內(nèi)通以合閘電流，若通電時間過長，會燒毀合閘線圈。這就要求操作機構(gòu)在合閘線圈失電后，仍能將斷路器保持在合閘位置。23 分閘斷路器分閘意味著要開斷電路，要出現(xiàn)電弧，開斷的電流越大，電弧愈難熄滅，工作條件愈嚴酷。當發(fā)生短路故障時，短路電流比正常負荷電流大得多，由于系統(tǒng)發(fā)生短路時，系統(tǒng)電路表現(xiàn)為電感性電路，所以當交流電壓過零，斷路器動靜觸頭分開瞬間，動靜觸頭間的電流不能突變，會出現(xiàn)瞬態(tài)恢復(fù)電壓。為了達到分斷電路的目的，操作機構(gòu)必須提供一定的分閘速度，尤其是剛分速度。3 永磁機構(gòu)的構(gòu)成及動作原理傳

4、統(tǒng)的操作機構(gòu)有彈簧操作機構(gòu)和電磁操作機構(gòu)。彈簧操作機構(gòu)由彈簧儲能、合閘、保持合閘和分閘幾個部分組成。優(yōu)點是不需要大功率的電源，缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝復(fù)雜，成本高，可靠性較難保證。電磁操作機構(gòu)結(jié)構(gòu)較簡單，但結(jié)構(gòu)笨重，合閘線圈消耗功率很大。在借鑒了以上兩種操作機構(gòu)的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，永磁機構(gòu)進行了改進設(shè)計。它由永久磁鐵、合閘線圈和分閘線圈組成，現(xiàn)以ABB公司的VM1真空斷路器所配的永磁機構(gòu)為例進行說明。圖1 帶永磁機構(gòu)的真空斷路器VMl單相剖面圖1轉(zhuǎn)軸；2接近開關(guān)；3合閘線圈；4永久磁鐵；5動鐵芯；6分閘線圈；7手動解鎖機構(gòu)圖2 磁場分布圖(a)分閘位置； (b)臨界位置， (c)合閘位置如圖2a

5、所示，當斷路器處于分閘位置時，動鐵芯處于上部，動鐵芯與上部的靜鐵芯之間間隙較小，相對應(yīng)的磁阻也較小，而動鐵芯與下部的靜鐵芯之間間隙較大，相對應(yīng)的磁阻也較大，故永久磁鐵所形成的磁力線大部分集中在上部，從而產(chǎn)生很大的向上吸引力，將動鐵芯緊緊地吸附在上面。如圖2b所示，當斷路器要合閘時，合閘線圈通過合閘電流，產(chǎn)生感應(yīng)磁場，該磁場對動鐵芯產(chǎn)生向下的吸引力，隨著合閘電流的增大，該向下的吸引力由小變大，當合閘電流到達某一臨界值時，動鐵芯受到的合力方向向下，開始向下運動。如圖2c所示，當動鐵芯到達下部時，永久磁鐵和合閘線圈兩者產(chǎn)生的磁場將動鐵芯牢牢地吸附在下部。幾秒鐘以后，合閘電流消失，此時永久磁鐵產(chǎn)生的磁

6、場將動鐵芯保持在下部位置。至此，斷路器完成合閘操作?；谕瑯拥脑?，當分閘線圈得電后，動鐵芯向上運動，同樣由永久磁鐵將它保持在分閘位置。由以上動作原理可知，永久磁鐵與分合閘線圈相配合，較好地解決了合閘時需要大功率能量的問題，因為永久磁鐵可以提供磁場能量，作為合閘之用，合閘線圈所需提供的能量便相對可以減少，這就使我們可以減小合閘線圈的尺寸和工作電流。4 永磁機構(gòu)的控制部分系統(tǒng)框圖如圖3所示。 圖3 水磁機構(gòu)的控制部分框圖1合分閘線圈；2儲能電容器；3電源模塊；4電力半導(dǎo)體5接近開關(guān)；6開關(guān)按鈕和指示單元LOGIC；控制器電源模塊的輸入電壓允許一定波動范圍，輸出電壓則穩(wěn)定在80V，這就避免了系統(tǒng)低電壓或過電壓時斷路器無法正常工作的問題。儲能電容器用于儲存能量，當合分閘時，它向合閘線圈或分閘線圈提供高達2600W的脈沖電能，使斷路器完成合分閘操作。每次放電后，它能在10s內(nèi)被重新充電。晶體管和晶閘管等電力半導(dǎo)體用于分合閘電流的控制。當分合閘線圈突然失電時，由于分合閘線圈屬電感性元件，電流不能突變，會產(chǎn)生過電壓，這時采用續(xù)流二極管可以很好地解決這一問題?？刂破饔煽删幊淘﨔PGA組成，可以說FPGA是整個控制部分的靈魂。通過設(shè)定的預(yù)置程序，我們實現(xiàn)儲能電容充電恒壓，過充電截壓保護，就地合分閘和遠方合分閘，合分閘遙信輸出，與電力系統(tǒng)自動綜合保護聯(lián)合實施各種保