永磁机构培训

型户内真空断路器

继ABB公司研制开发成功以后，国内很快也开 发了具有自主版权的VSm型永磁机构真空断 路器。该断路器外绝缘采用固体绝缘，利用环 氧树脂固封技术将真空灭弧室、主导电回路、 绝缘支撑等有机地组合成为 一个集成固封极 柱，成功地解决了真空断路器的环境耐受问题。 二次控制回路采用集成电子控制模块，电源输 入范围宽，传感器检测开关位置，输入输出光 隔离，功耗低，可靠性高。
永磁操动机构
它是电磁系统与永磁系统的完美结合。采 用电磁铁操动，永久磁铁锁扣，电容器储能以 及电子器件控制，避免了分、合闸位置机械脱 锁扣装置所造成的不利因素。可以说，它是一 种完全崭新的操动机构，是操动机构的一次革 命。
永磁机构国内外发展状况

在中压开关领域，国外永磁机构技术的研究开始于20 世纪80年代末，欧洲以英国及德国为代表。1989年英 国曼彻斯特大学设计了第一台永磁操动机构模型。 1992年前后在英国工业应用 。 1997年ABB Calor Emag 开关设备公司在德刊上 介绍了它们最新研制的VM1型配永磁操动机构的真空断 路器。1999年Alsthom T&D EIB S.A.公司推出了中压 断路器用的非对称磁力操动机构，并把它应用于VBL型 真空断路器。
液压操动机构
利用液压传动系统的工作原理，采用液 压油作为能源来进行操作的机构，其输出力特 性与断路器的负载特性配合较为理想。 按传动方式可分为全液压和半液压。全 液压是液压油直接操纵动触头合闸；半液压只 到工作缸侧，操动活塞将液压能转换为机械功 带动联动杆使断路器完成分合闸操作。

由于它具有体积小、操作力大、需要控制的能 量小、操作平稳无噪声、本身液压具有润滑保 护作用、分合闸缓冲简单、操作时间短等优点， 在110kV以上断路器中被广泛采用。而且其传 动速度快、动作准确，是当前高压和超高压断 路器操动机构的主要品种。但由于其工艺复杂， 零件众多，其故障率增加。

单稳态的工作原理：永磁机构处于分合闸位置 也没有电流，靠永磁铁的作用保持。合闸时线 圈流过的电流产生的磁场和永磁铁的磁场叠加 合成，合闸过程同时为分闸弹簧充电。分闸时 线圈流过相反方向的电流，产生的磁场来抵消 永磁铁产生的磁场，靠分闸弹簧释放保证分闸 速度。

永磁机构的合闸特性开始阶段出力小，在合闸 后期由于吸力上升快，永磁机构的合闸特性与 真空断路器配合较好。但是在分闸时，由于运 动惯量影响刚分的提高。所以双稳态永磁机构 在这方面不如电磁和弹簧操动机构。单稳态的 出现也正是弥补这方面的不足。
弹簧操动机构
利用弹簧的储能使断路器完成分、 合闸操作的机械式操动机构。其储能方 式有手力和电动储能两种。通常，采用 交直两用的电动机储能。
工作原理：用电动机为合闸弹簧储能 ，储能 完毕后，通过锁扣装置使合闸弹簧保持储能状 态，切断电动机电源；合闸时，合闸弹簧解脱 合闸锁扣释放储能，使动触头动作，完成合闸 操作，同时通过传动机构使分闸弹簧储能，为 分闸操作作准备；合闸完成后，电动机立即接 通电源为合闸弹簧储能，为下一次的合闸操作 作准备。分闸时，分闸弹簧解脱锁扣装置释放 储能，并使触头完成分闸操作。
断路器对操动机构的要求
1.操动机构不仅在断路器正常工作的情况下能顺利 合闸，而且当断路器关合有短路等故障的线路时， 操动机构也必须能克服短路电动力等阻碍顺利合 闸。 2.操动机构要有合闸保持的功能。 3.要有合理的输出特性，以保证断路器动触头的 分、合闸速度，满足断路器的分、合闸要求。
4.操动机构应保证能源(电压、液压、气压)在 一定变化范围内可靠动作,如在额定值的80% 或85%～110%的范围内可靠合闸,在额定值 的65%～120%的范围内可靠分闸。 5.要有自由脱扣和防跳跃功能。 6.操动机构的控制回路，要保证动作准确、 连续，即分后准备合，合后准备分。
手动操动机构
利用人力直接操作，操作功、操作效率与 操作人员的体力有关，不能远距离操作，不能 重合闸。其优点是结构简单，不需要特殊的能 源或储能装置。但由于操作时，可靠性和安全 性得不到保证，目前只限用于100MVA左右的 小型断路器中。
电磁操动机构
电磁操动机构一般用于110kV以下线路， 其合闸时以电磁力作为合闸功，分闸时靠分闸 弹簧的储能来完成分闸动作，分闸弹簧在断路 器合闸的过程中储能，因此，合闸时的电磁力 一部分用于合闸操作，另一部分用于分闸弹簧 的储能，那么合闸电流就比较大，因此对直流 屏的容量要求较大。
在我国，电磁操动机构广泛用于少油断 路器和真空断路器中。电磁操动机构一般需用 较大功率的直流电源，价格比较高，而且蓄电 池组不便于维护，这样限制了它在农村及中、 小型企业中使用。和弹簧机构、液压机构比较， 电磁操动机构的出力小，动作时间长，在我国 220kV以上的超高压断路器很少使用。
气动操动机构
利用压缩空气作为能源产生推力的操动 机构。因此不需要大功率的直流电源，需要有 压缩空气的供给设备（储气罐）。断路器完全 依靠压缩空气来完成的分、合闸操作，并依靠 压缩空气的推力将断路器保持在合闸或分闸位 置。

主要优点是：构造简单，工作可靠，出力大， 操作时没有剧烈的冲击。 缺点是：操作时噪声大，零部件的加工精度 比电磁操动机构高，还需要有压缩空气的供给 设备。 目前三菱公司还在使用。在72.5～170kV 级产品中，可选用弹簧或气动机构，在 242/245 ～525/550kV级可选用气动机构。
VS1 型户内真空断路器

永磁机构的合闸都采用的电磁操动，按照分 闸操作时的不同，可以分为电磁操动（即双 稳态）和弹簧操动（即单稳态）。

双稳态的工作原理：当线圈处于分合闸位置时， 线圈中无电流通过，永磁铁利用动静铁心提供 的低磁阻抗通道将动铁心保持在极限位置。当 动作时，合闸或分闸线圈中流过电流产生磁场 与永磁体产生的磁场叠加合成，完成分合任务。
特点：1.简单可靠 2.操作能耗小 3.无“中间状态”，安全可靠 4.无需机械脱、锁扣装置 5.时间可控性强
总结：

操动机构的性能好坏对电力系统是否能可靠、 安全供电具有决定性作用； 各种操动机构都各有千秋，一种新型操动机构 的出现，并不能完全的取代传统的操动机构； 操动机构的发展趋势：体积小、成本低、操作 能耗小、故障率低、工艺简单、可靠性高、控 制准确等。
断路器操动机构的分类
根据所提供能源形式的不同，操动机构有：
手动操动机构 电磁操动机构
气动操动机构
液压操动机构 弹簧操动机构 永磁操动机构
其中手动和电磁操动机构属于直动机构，弹簧、 气动、液压和永磁操动机构属储能机构。 对于直动机构而言,操动机构由作功元件、连板 系统、维持和脱扣部件等几个主要部分组成。 对于储能机构而言,操动机构由储能元件、控制 系统、执行元件几大部分组成。
永磁机构专题
操动机构技术的发展
断路器是电力系统中重要的开关设备，担负着 控制和保护的双重任务，其性能的好坏是决定电力 系统能否安全、可靠供电的重要因素之一。 操动机构是断路器的重要组成部分，是决定断 路器性能的关键部件之一，其性能的好坏将直接影 响到断路器的技术性能。因此，断路器的工作可靠 性在很大程度上依赖于操动机构的动作可靠性。
优点：1.操作时，合闸性能稳定，不受天气变 化及电源电压的影响；2.控制回路中所耗功率 小，储能系统是独立的。若控制回路的电源发 生故障，可以采用手力储能；3.可靠性高，与 气动和液压操动机构相比，能保持所储的能量 不损失；4.维护工作量少。
缺点：1.与其它机构相比需要较大的功率和能 量；2.在储能与合闸过程中，容易发生振动和 冲击，因此要求机件的机械强度较高；3.对工 艺要求高，安装调整较困难；4.目前国内对性 能好、加工工艺要求高、制造技术难度大的碟 形弹簧的生产还存在困难。