文档介绍：断路器操动机构的发展与应用 4
高压断路器配弹簧操动机构拒合拒分问题的解决 24
操动机构的发展
高压开关的一个最基本性能就是机械可靠性,电力运行和试验站的故障统计中表明,我国高压开关最突出的问题就是机械和绝缘问题,这与发达国家相比较为落后,在发达国家的先进公司,现在都纷纷提出并推出新一代免维护的电器产品。我国高压开关设备要真正做到产品免维护仍然很难。实际上,在产品设计上尽可能地简化结构,对提高产品的可靠性很有帮助。
断路器的全部使命,归根到底是体现在触头的分、合动作使,而分、合动作又是通过操动机构来实现的,因此操动机构的工作性能和质量的优劣,对高压断路器的工作性能和可靠性起着极为重要的作用。
最早的电磁机构,由于对电源要求较苛刻——需要专用的大容量电源屏供电,并且操作时冲击大,操作时间长,而逐渐被市场所淘汰,取而代之的是弹簧操作机构。其利用交直流两用电动机对弹簧进行预储能,利用弹簧能进行分合闸操作,从而对电源要求低,交直流均可操作,对电源无冲击,因此在近些年得到广泛应用。但弹簧机构也有其自身不可刻服的缺点:零件数量多,要求加工精度高,制造工艺复杂,成本高,产品可靠性不易保证。
研究表明,开关设备的故障率和其零件的数量成正比,弹簧操动机构的结构比较复杂,零件数量多(约为200个),要求加工精度高、制造工艺复杂,成本高,产品的可靠性不易保证。电磁力合闸的操动机构称为电磁操动机构,电磁操动机构的优点是结构简单,零件数量少(约为120个),工作可靠,制造成本低,其缺点是合闸线圈消耗的功率太大,因而要求用户配备价格昂贵的蓄电池组,加上电磁机构的结构笨重,动作时间较长。
4. 永磁操动机构
真空断路器之所以如此迅速发展,在于其真空灭弧室优异的开断特性,使其电寿命大大增加。真空断路器的灭弧室动触头行程小,要求分闸速度高。动静触头合闸时为平面接触,为了防止真空断路器在短路时触头被强大的冲击力斥开,动静触头间要施以较大的触头压力,这样也有利于提高分闸速度。真空灭弧室的优异性,使其机械及电寿命从传统的两千次跃增为上万次,沿用传统断路器操动机构很难体现出其高寿命、高可靠性的优点。因此需要一结构高度简化、节能和高可靠性的机构来满足真空断路器的驱动要求。永磁操作机构的出现就是为了解决这一问题,为研制新一代免维护断路器奠定了基础。
永磁机构是在真空灭弧被广泛应用后,人们为了克服传统机构的缺点,更充分发挥真空断路器的优点而研制开发的。
下图1为双线圈永磁操动机构电磁系统的结构示意图。图示处于分闸位置,动铁心1上端气隙小,磁阻低;下端气隙大,磁阻高。永久磁铁2的磁场主要作用在动铁心的上端。图
(a)为在此位置时动铁心磁力线的分布图。永久磁铁的磁力线几乎全部穿过动铁心的上端,产生相应的吸力。该吸力通过传动机构传送至真空灭弧室的动触头上,使其保持分闸状态。
    
   
  12.——半导体
图2 电子控制单元方框图
 
电源2为电子控制单元提供工作电源,也为储能电容器3提供充电电能。储能电容器预先储备了足够的能量,在进行合闸或分闸操作时,它向合闸线圈6或分闸线圈7泄放高达数kW的脉冲电能,使断路器完成接通或分断操作。每次放电后,它能在数秒钟内被重新充电。
分、合闸线圈的接通与分断由电子半导体器件10进行控制。并联于线圈两端的续流二极管8能降低线圈开断时的自感电势,以保证半导体器件不被损坏。
动铁心的位置和电容器的充电状态分别由位置传感器8、9和电子电路进行监测,它们同合、分闸命令一起被送入逻辑模块1。逻辑模块对这些信号和命令进行识别,闭锁误操作命令,完成相应的操作。当永磁操动机构异常时,能给出报警信号。
从永磁机构的结构上可看出,其元件极少,动作过程简单,用其做的开关零件比弹簧机构减少80%,从而保证运行中的故障率极低,基本可达到免维护。另外其寿命特长,超过十万次,这就为研制真正免维护超长寿命的真空开关奠定了良好的基础。近几年来,永磁机构在12kV电压等级的断路器上已广泛应用,表明其与真空灭弧室配合的优点。国内外在更高电压等级中已开始研制使用永磁机构,有些已投入试运行阶段。
5. 永磁机构发展前景及在铁路供电系统中的应用
12kV真空断路器已普遍使用永磁机构作为操作机构,可广泛用于铁道贯通线、自闭线线路中。更