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柱上真空断路器永磁操作机构在电力工程应用中
2021-06-16 09:54:53
巨开电气
柱上真空断路器的驱动机构,从最初的电磁操动机构发展到现在广泛应用的弹簧操动机构,带动了真空断路器的发展。永磁机构的出现是断路器机构的一次重大突破。弹簧机构利用交直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,电源丢失后仍可以完成一个合分循环,因此得到广泛的应用。但弹簧机构有其自身不可克服的缺点:零部件数量多、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。限制了真空开关向电气寿命免维护等要求更高的方向发展。
永磁机构特点是:零部件数量少、电磁操作、永磁保持。动作过程简单、无缓冲器、储能装置、分闸弹簧脱扣器、分合闸挚子等。机构零部件比弹簧机构减少80%以上,大大降低了故障率,可直接用标准电压（DC110/220V） 进行操作,基本可以达到免维护,为高参数真空开关开辟了一条新的路径。
智能一体化永磁机构真空断路器保证运行可靠
1.手动能可靠分闸
永磁真空产品机构上均有一个可靠的手动分闸装置,在紧急的情况下可手动分闸, 手分速度可完全满足技术要求,具备分断短路电流的能力。
2.合闸控制系统出现故障时能够合闸。
也就是说当合闸控制系统出现故障,而这时必须要合闸的情况下（这种情况是非常少的）,这时候有两种情况,一种是操作电源也没有了,另一种是还有操作电源,这时候,在有操作电源的情况下,可直接将电源加到合闸线圈的两端（该线圈两端已经引到端子上）可用50A直流接触器操作,通电就可直接合闸;在没有操作电源的情况下,可用厂家提供的手提电源箱,该电源箱在一次性充满电的情况下可进行30次的分、合闸循环操作,只要将它与端子上引出的合闸线圈两端相接,直接可进行合闸操作,由于手提电源箱带有继电保护接口,所以不会失去继电保护。
3.电磁线圈不易烧损
在原来弹簧机构和电磁操作机构中,由于辅助开关的击穿或机构的卡滞等原因造成分、合闸线圈长时间的通电,使得分、合闸线圈烧损经常发生。现采取的措施是两个线圈前均加有一个长延时保护直流空气开关,能可靠的保护线圈,使得分、合闸线圈不可能长期通电。控制过程上给出了两个条件,一是在固定分合闸时间内检测到位置信号,经短延时断开电源;二是没检测到位置信号,到达固定分合闸时间断开电源并报警输出故障信号,这样就可避免上述故障,提高了可靠性。
4.可靠的永磁控制器
控制回路的发展经历了从普通继电器控制方式向大功率电力电子器件控制方式转变的过程。普通继电器控制方式采用直流继电器控制分合闸线圈,来达到控制开关分合闸的目的。
继电器控制方式存在体积大、寿命短、延迟时间长、接点粘连等问题, 因此其使用受到了很大的限制。
永磁控制器采用大功率电力电子器件IGBT开关管。该方式采用单片机的设计方案,因此其具有以下优点:体积小、功能强大、延迟时间短、寿命长等。基于上述优点该类型的永磁控制器获得了较为广泛的应用。
5.不易失磁的永磁材料
永磁机构的永磁材料采用的是釹铁硼,经过近10年的发展和经验,其寿命可达到10万次以上还保持良好的磁性。可靠稳定的性能确保了永磁机构的安全,促进了真空开关的发展。
6.可实现同步开合
断路器使用在开合电容或电感性负荷的场合时,如果开合的时刻不适当,会引起涌流或是过电压,进而危及电网中相连的设备。抑制这些影响的一个有效的解决方案,即同步开合,也就是按相位和断路器的固有动作时间操作。这种同步开合技术又称选相开合或是波点开关技术。当同步断路器工作时,不论何时接到由人工或遥控方式传来的控制信号时,其断路器动作均同步于电网电源的电压或电流。当操作信号到来时,控制单元保证断路器的触头能精确地在正确位置合上或断开。这样,理论上可以做到开合特殊负载时完全没有涌流或是过电压的产生。
由于有太多的不确定因素,基于弹簧操动机构的同步断路器实现起来非常困难。在整个寿命期内,弹簧的储能量,触头的磨损程度,机构的摩擦力都难以精确的稳定在一个确定的值。同时环境的影响也是一个变量。即便是这些因素都经过大量的精确的计算并在外部的控制器中得到修正,由于弹操机构在触发后即处于不可控的脱扣自由状态,准确的合分闸还是难以实现。并且,由于空间的限制,在一台断路器的壳体中安装三套独立的弹簧操动机构也是一件困难的事情。
而采用永磁操动机构的断路器允许在一个闭环的控制中使用某种补偿算法将环境温度、触头磨损,机构老化等等因素都计算在内,并对脱扣命令发出后铁心的运动进行全程控制。这样即可保证在长期的运行中断路器的操作时间保持在一个稳定的水平。永磁机构的驱动部件结构简单且紧凑,为每相极柱配置一套独立的磁力驱动器较弹操机构而言更容易实现。