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1、智能型永磁机构真空断路器的应用2010-4-17 10:42:00 来源：作者:智能型永磁机构真空断路器是在上也纪90年代末吸取国际上先进的真空断路器技术 而研制成功的新一代真空断路器,具有体积小、重量轻、结构简.单、操作可靠、少维 护、价格适中、使用寿命长等显著优点。邯钢动力公司在烧结厂、三钢厂、20000 m3/h 制氧站使用该开关4年多，运行平稳，安全可靠，受到操作者及维护人员的好评。1智能一体化永磁机构真空断路器的结构从图1可看出，主回路部分采用固封极柱结构，防污秽能力强，可消除灰尘和潮 气对火弧室的影响。操作机构采用体积小、磁效大、功耗低、寿命长的永磁机构。具 备快速手动分闸装置，打
2、开操作孔就可操作。面板布置：1、手动分闸操作孔,2、计数器指示,3、分、合闸位置指示等。图1外形图由于分、合闸控制采用位置传感器http:/www.chuandong.coni/callsale/ELECTRIC/index.htnil 来进行控制,具有无电弧、无 机械磨损等特点。可带负荷频繁操作，不受环境条件限制。配智能型脱扣装置，可实 现过流短路、接地、欠压等保护功能。1.永磁机构控制器，2.永磁机构，3.辅助开关，4.主轴，5.触头压力弹簧，6.位置传感器图2打开面板后永磁机构的布置图采用永磁控制器来进行控制操作，主开关元件采用具有较高电压电流裕量的 IGBT,控制器具有自动检测功能，对
3、于装置内部故障和开关木体故障能够实时检测 并及时告警和封锁开关操作等功能。可以方便的同测控及保护装置连接，组成智能开 关系统。并具有通讯功能。2智能一体化永磁机构真空断路器保证运行可靠2.1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。2.2合闸控制系统出现故障时能够合闸也就是说当介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 经引到端了
4、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3（） 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。2.3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升关，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
5、 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升电 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。2.4可靠的永磁控制器控制I门I路的发展经历了从普通继电器控制方式向大功率电力电了器件控制方式 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了器件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
6、应用。2.5不易失磁的永磁材料永磁机构的永磁材料采用的是敛铁硼，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。3永磁机构与弹簧机构的比较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和分循环，因此得到广泛的 应用。但弹簧机构（如图4）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
7、造工艺复杂、成木高、产品可靠性不易保证。限制了真空开关IE电气寿命免 维护等要求更高的方向发展。永磁机构（如图3）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、分合闸挚了等。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（DC 110/22（）V）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。图3永磁机构图4弹黄机构据统计2004年2007年，邯钢动力厂使用的永磁机构真空开关，在机构上没有 发生一起故障，而弹簧机构的真空开关机构部分就发生了 5次故障，影响公司生产累 计20h,造成了巨大的经济损失。
8、4结论智能型永磁机构真空断路器以永磁机构为基础采用电磁操作、永磁保持的方式， 元件极少，动作过程简单，从而保证运行中的可靠性，降低了故障率，达到免调试、少 维护，受到操作者及维护人员的好评，便于推广应用。还谈永磁机构问题刖B笔者在木刊2006第1期发表题为再谈永磁机构问题的文章，而在本刊2006第2期上 有作者发表我看永磁机构断路器的是与非（以下简称我看）的文章，提出永磁机构的不 足之处，就此笔者还想谈一下永磁机构及有关问题。2对如下儿个问题的看法2.1关于手动分闸问题有些产品样本中提出:如果分闸控制系统出现故障不能分闸时，则加装手动分闸装置（非 人力分闸）进行手动分闸，我看一文中提到该公司产
9、品也有手动分闸功能。该公司产品I SM型真空断路器配用单稳态永磁机构，并组装成宜动式，内装有触头弹簧及分闸弹簧。在正 常情况下进行分闸时，给- 反向电流产生磁通进行消磁则在分闸弹簧和触头弹簧力的作用下 分闸。手动分闸是否进行补充型式试验，如果进行试验应提供试验报告，否则进行补充型式试 验。国内外的开关行业在技术面前是人人平等的，对产品的要求也是国内外一样,对国外产品不 能例外，要防止有缺陷的产品流入我国市场。2.2关于手动合闸问题既然有可能分闸系统出现故障不能分闸，则加装了手动分闸装置那分合闸控制系统也有可 能出现故障合不上闸，而旦笔者在前文己谈了出现合闸装控制系统失灵不能合闸所以笔者认 为也
10、应当装有手动合闸装置（非人力合闸）。我看一文介绍ISM型真空断路器时只提到有 手动分闸功能但没有提到是否配有手动合闸装置，只是在文章中提出可装有UPS电源的建 议，笔者认为只加装UPS电源可能会有如下问题。（1）需要外加辅助电源并还需要右监视电压的电压表。当合闸于永久性故障（如带地线合闸）时，继电保护动作，给分闸命令,这时仍有合闸命令存 在,但只响应分闸命令故将合闸命令封闭断路器分闸。如果合闸控制系统出现故障合不上闸, 用UPS电源，而且合闸于永久性故障时继电保护动作给分闸命令，因仍有合闸命令存在所以 断路器不能分闸,势必使上一级分闸造成扩大事故。由此可见，只用UPS电源不能满足要求, 与弹簧
11、机构相比仍有不足之处。2.3防跳问题防止跳跃定义:当合闸于永久性故障电路时继电保护动作，断路器分闸，虽然合闸命令没有 解除，但断路器不能再次合闸。我看一文中介绍ISM型真空断路器具有防跳功能，而且其他厂生产真空断路器配用永磁 机构的产品样本中也说有防跳功能，笔者认为则不然。实际上合闸于永久性故障时继电保护动作，给分闸命令，虽然合闸命令仍然存在，但只响应分 闸命令则将合闸命令闭锁使断路器分闸这与防跳定义中合闸命令仍然存在是相反的所以笔 者认为不具有防跳功能。有的操动机构带有防跳动装置如3AF型、3AH型真空断路配用弹簧机构有防跳继电器，早期 电磁机构用接触器带有防跳功能;但有的操动机构没有防跳动
12、装置，如CDIV、CD5-370型电 磁机构;又如CT8、CT17、CT19型弹簧机构等都没有防跳动装置。笔者在工作中全部使用 配电盘的放跳继电器，操动机构内如有放跳装置也是撤掉不用。如HPGE-15E型少油断路器 配用BR9型弹簧机构也是把其中的防跳装置撤掉不用。笔者工作几I-年未发现断路器跳跃, 请详见笔者在本刊2005年第1期上发表题为关于断路器防跳装置的建议的文章。笔者 再次向运行单位建议:在新装机检修时应配合继电人员在配电盘模拟进行防跳装置相互动作 试验,即手动控制升关合闸，控制开关仍在合位，短路过电流继电器接点断路器分闸，但断路器 不能再次合闸，以检验防跳动装置是否良好。2.4自由
13、脱扣日由脱扣定义:在合闸过程直到合位，虽然合闸命令没有解除，但断路器仍能分闸。如CD105D5-370型等电磁机构其四连杆机构都带有自由脱扣，在检修时对CDIO型电磁机 构检验其自由脱扣,用手动人力合闸工具进行人力合闸，其四连杆机构形成有一个临时固定 中心，连杆机构绕这一临时固定中心轮动直至合闸，手动人力仍保持在合位，再使分闸电磁铁 动铁心动作,致使临时固定中心位移形成五连杆机构在分闸弹簧力的作用下断路器分闸，实 现了自由脱扣，称为机械自由脱扣。笔者在文中提到过去不带自由脱扣的CD12、CD13型等 电磁机构原电力部下文要求限期更换，而且DIA02二1999交流高压开关断路器订货技术条 件标准
14、中：133电磁机构应是具有自由脱扣装置。永磁机构基木上是电磁铁与永久磁铁的结合，其电源是电容器储能放电于分、合闸电磁铁 线圈励磁，进行分、合闸操作，并有永久磁铁保持在分、合闸的极限位置，这是双稳态结构;另 一种装有分闸弹簧和触头弹簧，当合闸时电容器放电于电磁铁线圈励磁，使动铁心动作合闸 并将分闸弹簧和触头弹簧压缩储能，并有永久磁铁保持在合位分闸时有分闸电容器向线圈给 以反向电流进行减磁在分闸弹簧和触头弹簧力的作用下分闸，并有分闸弹簧保持在分闸位置, 这神是单稳态结构。当合闸于故障电路时，继电保护动作控制系统发出分闸命令这时仍有合 闸命令存在但永磁机只响应分闸命令,即将合闸命令封闭,则断路器分闸
15、，笔者认为这是白由 脱扣，也符O DIA02标准要求,是否应称为电气自由脱扣这是永磁机构独有特性，与同行们商 讨。我看一文中说:中国生产的永磁机构都是双稳态的，这是片面的看法，我国东北某厂生产 的ZNBA-1I型真空断路器所配用的永磁机构就是单稳态的。我看一文中还提到该公司的产品ISM型断路器几乎适用于所有场含。笔者在文上中 已提到:交流操作的变电站，当全停电检修肘永磁机构只能合分两次，不能满足开美柜及断路 器维修时操作的要求，永磁机构有它的局限性所以不适用于交流操作的变电站。如农村、大 厂矿的车间以及小厂矿的变电站等。2.5永磁机构真空断路器的名称问题我看一文中提出”永磁机构真空断路器”的名
16、称,笔者认为不妥，不能把永磁机构冠于真空 断路器之前。因为永磁机构配于其空断路器木体的，或者说其空断路器是木体与永磁机构的 组成的。如国产VSM-12型真空断路器该公司产ISM型真空断路器等。其他刊物中也曾经 提到”永磁机构是其空断路器的主体“的说法，这是错误的，笔者对此作如下探讨。断路器的组成断路器的木体(包括灭弧室、支持绝缘了等)与操动机构通过运动机构组成的。如SN10-10 型少油断路器配用CD10型电磁机构传动系统乂如VSM-12型真空断路器配用MSI型永磁 机构操动系统;但真空断路器的本体与单稳态永磁机构可组成直动式结构，如ISM真空断路 器配用单稳态永磁机构组成宜动式结构。12KV电压级真空断路器可配用几种操动机构，如ZN28-10型真空断路器可配
