永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器在礦井中的推廣應(yīng)用

1、永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器在礦井中的推廣應(yīng)用-魯中平摘要：從網(wǎng)內(nèi)6kV及以下斷路器的故障統(tǒng)計(jì)數(shù)字來(lái)看，斷路器的機(jī)械故障占大多數(shù)，高速總故障的8O ，主要原因是由于彈簧儲(chǔ)能探動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械故障造成，因此操動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作性能和質(zhì)量的優(yōu)劣。對(duì)高壓斷路器的工作性能和可靠性起著極為重要的作用。智能型永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器是在上世紀(jì)90 年代末吸取國(guó)際上先進(jìn)的真空斷路器技術(shù)而研制成功的新一代真空斷路器,具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作可靠、少維護(hù)、價(jià)格適中， 受到操作者及維護(hù)人員的好評(píng)。新型永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器具有高可靠、長(zhǎng)壽命、免維護(hù)等突出的特點(diǎn)，將在礦井中推廣應(yīng)用。關(guān)鍵詞：永磁機(jī)構(gòu)；真空斷路器0引言目前我公司運(yùn)行的斷路

2、器多為彈簧儲(chǔ)能式機(jī)構(gòu)斷路器，斷路器故障率集中在操作機(jī)構(gòu)上，特別是操作頻繁的斷路器(控制電容器和電機(jī)的開(kāi)關(guān))。電容器經(jīng)常因斷路器彈簧機(jī)構(gòu)故障停運(yùn)；電容器也經(jīng)常因斷路器彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)故障停運(yùn)，以上故障的主要原因是彈簧儲(chǔ)能操動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滑動(dòng)摩擦面多，零部件的磨損、銹蝕和彈簧的疲勞，任何一個(gè)零部件發(fā)生故障都會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)拒動(dòng)。1各類操作機(jī)構(gòu)真空斷路器的特點(diǎn)目前，國(guó)內(nèi)礦井中使用的真空斷路器品種繁多，型號(hào)眾多，特點(diǎn)各異。從操動(dòng)機(jī)構(gòu)上講主要有電磁機(jī)構(gòu)、彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)和近年發(fā)展較快的永磁機(jī)構(gòu)。斷路器的全部使命歸根到底是體現(xiàn)在觸頭的分、合動(dòng)作。而分、合動(dòng)作又是通過(guò)操動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此操動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作性能和質(zhì)量?jī)?yōu)劣對(duì)

3、高壓斷路器的工作性能和可靠性起著極為重要的作用。下面分述三種常用操作機(jī)構(gòu)真空斷路器特點(diǎn)。(1)電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)真空斷路器電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)在真空斷路器發(fā)展初期得到了廣泛應(yīng)用，這是由于電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)較好地迎合了真空滅弧室要求。然而電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)也存在不容忽視的缺點(diǎn)，電磁機(jī)構(gòu)的最大缺點(diǎn)是操作電流大，變電站配置的蓄電池容量大。使用不方便，很難實(shí)現(xiàn)電子機(jī)械化。(2)彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)真空斷路器彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)真空斷路器采用手動(dòng)或小功率交流電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能，其合閘不受電源電壓影響，相當(dāng)恒定。既能夠獲得較高的合閘速度，又能實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)重合閘操作，在一定程度上克服了電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)。然而彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)也存在以下缺點(diǎn)：完全依靠機(jī)械傳動(dòng)，零

4、部件總數(shù)多，且傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，故障率較高，運(yùn)動(dòng)部件多，制造工藝要求較高。另外，彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滑動(dòng)摩擦面多，而且多在關(guān)鍵部位。在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，這些零部件的磨損、銹蝕、以及潤(rùn)滑劑的流失、固化等因素都會(huì)導(dǎo)致操作失誤，任何一個(gè)零部件發(fā)生故障都會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)拒動(dòng)。(3)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)真空斷路器面板布置: 1、手動(dòng)分閘操作孔, 2、計(jì)數(shù)器指示, 3、分、合閘位置指示等。永磁機(jī)構(gòu)采用了一種全新的工作原理和結(jié)構(gòu)，合閘時(shí)電磁場(chǎng)與永磁場(chǎng)正向疊加，驅(qū)動(dòng)動(dòng)銜鐵完成觸頭壓簧和分閘彈簧的儲(chǔ)能；分閘進(jìn)電磁場(chǎng)反向疊加，使保持力驟降至臨界值，分閘彈簧和觸頭壓簧和觸頭壓簧共同驅(qū)動(dòng)動(dòng)銜鐵到達(dá)分閘終端位置。合分閘操作具有可靠

5、的雙穩(wěn)態(tài)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性與滅弧室開(kāi)斷、關(guān)合所需的特性極為吻合，標(biāo)準(zhǔn)性的斷路器，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的操作能量來(lái)自外部的直流屏；當(dāng)選配永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)控制器時(shí)，由控制器為永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)提供電源，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)接到分合指令后，通過(guò)傳動(dòng)部件控制主導(dǎo)電回路的合、分。永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)有機(jī)械手動(dòng)分閘裝置，可完成與電動(dòng)分閘速度相同的分閘動(dòng)作，作為二次控制電源故障情況下緊急分閘操作。由于分、合閘控制采用位置傳感器來(lái)進(jìn)行控制, 具有無(wú)電弧、無(wú)機(jī)械磨損等特點(diǎn)?？蓭ж?fù)荷頻繁操作, 不受環(huán)境條件限制。配智能型脫扣裝置, 可實(shí)現(xiàn)過(guò)流短路、接地、欠壓等保護(hù)功能。 永磁操作機(jī)構(gòu)的密封缸，里面有操作線圈、動(dòng)銜鐵、內(nèi)外磁軛、永磁鐵。操作線圈

6、在此密封缸的底部，內(nèi)外磁軛功能為了永磁鐵兩端的磁力最強(qiáng)。永磁操作機(jī)構(gòu)采用了一種全新的工作原理和結(jié)構(gòu)，無(wú)需機(jī)械脫口、鎖扣裝置即可實(shí)現(xiàn)合分閘終端位置的穩(wěn)態(tài)保持，工作時(shí)僅有一個(gè)運(yùn)動(dòng)部件。斷路器合閘時(shí)，操作線圈流入一個(gè)正向電流，動(dòng)銜鐵向下運(yùn)動(dòng)，到底部通過(guò)電磁鐵吸住。電磁場(chǎng)與永磁場(chǎng)正向疊加，傳動(dòng)臂帶動(dòng)絕緣拉桿向上移動(dòng)。斷路器保持為合閘狀態(tài)。斷路器分閘時(shí)，操作線圈流人一個(gè)反向電流，分閘時(shí)電磁場(chǎng)與永磁場(chǎng)反向疊加，使保持力驟降至臨界值，動(dòng)銜鐵向上運(yùn)動(dòng)，到頂部通過(guò)電磁鐵吸住。電磁場(chǎng)與永磁場(chǎng)方向疊加，傳動(dòng)臂帶動(dòng)絕緣拉桿向下拉。實(shí)現(xiàn)斷路器分閘。斷路器保持為分閘狀態(tài)。采用永磁控制器來(lái)進(jìn)行控制操作, 主開(kāi)關(guān)元件采用具有

7、較高電壓電流裕量的IGBT, 控制器具有自動(dòng)檢測(cè)功能, 對(duì)于裝置內(nèi)部故障和開(kāi)關(guān)本體故障能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)并及時(shí)告警和封鎖開(kāi)關(guān)操作等功能?？梢苑奖愕耐瑴y(cè)控及保護(hù)裝置連接, 組成智能開(kāi)關(guān)系統(tǒng)。并具有通訊功能。2永磁操作機(jī)構(gòu)的真空斷路器優(yōu)越性與傳統(tǒng)的斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，永磁機(jī)構(gòu)采用了電磁和永磁機(jī)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合的工作原理和簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。合閘時(shí)對(duì)合閘線圈加入的電流也較電磁機(jī)構(gòu)小得多。工作過(guò)程中運(yùn)動(dòng)部件只有一個(gè)，大大減少故障源。具有較高可靠性。永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有以下優(yōu)越性：(1)可實(shí)現(xiàn)機(jī)械的高可靠。由于永磁機(jī)構(gòu)是通過(guò)將電磁與永磁鐵的有機(jī)結(jié)合，來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)斷路器機(jī)構(gòu)的全部功能，其機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)的最大區(qū)別在于無(wú)須脫鎖扣裝

8、置即實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)終端位置的保持功能，零部件數(shù)目大大減少，因此將大大提高斷路器的機(jī)械可靠性。(2)免維護(hù)，IEC標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)計(jì)預(yù)期的使用期問(wèn)，主回路中開(kāi)斷用的零件不需要維護(hù)，其它零件只需要很少維護(hù)的一種斷路器，定義為E2級(jí)少維護(hù)斷路器，國(guó)際上統(tǒng)稱免維護(hù)斷路器。高可靠、免維護(hù)：采用智能式電子線路控制，觸頭的分合是由永磁力和電磁力共同完成的，觸頭不會(huì)粘連，實(shí)現(xiàn)高可靠、免維護(hù)。(3)可實(shí)現(xiàn)操作性能上的智能化，斷路器的智能化操作可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提供斷路器的開(kāi)斷和關(guān)合性能。永磁結(jié)構(gòu)由于動(dòng)作部件少，中間轉(zhuǎn)換和連接結(jié)構(gòu)也很少，大大減小了動(dòng)作時(shí)間的分散性和不可控性，為斷路器實(shí)現(xiàn)智能化操作提供了物質(zhì)基

9、礎(chǔ)。真空斷路器的合閘過(guò)程的負(fù)載特性，彈簧機(jī)構(gòu)中彈簧的出力特性以及永磁機(jī)構(gòu)的出力特性的比較，不難看出，彈簧機(jī)構(gòu)是靠?jī)?chǔ)能彈簧的釋放來(lái)合閘，所以彈簧機(jī)構(gòu)的曲線是由高至低，而永磁機(jī)構(gòu)的特性是，由于永磁機(jī)構(gòu)是電磁和永磁有機(jī)地組合在一起，所以當(dāng)開(kāi)關(guān)快合上時(shí)，機(jī)構(gòu)里的永磁鐵作用下，滅弧室里的動(dòng)靜觸頭快速合閘，所以永磁機(jī)構(gòu)的特性非常適宜目前真空斷路器的要求。 (4)高節(jié)電：觸頭吸合后，線圈不耗電比傳統(tǒng)電磁交流接觸器節(jié)電99.9%以上。 (5)長(zhǎng)壽命：吸合狀態(tài)時(shí)線圈無(wú)電流，線圈不會(huì)燒毀，觸頭分合速度快，觸頭燃燒時(shí)間極短，使得觸頭的使用壽命大大延長(zhǎng)。 (6)不受電壓波動(dòng)干擾：采用永磁力進(jìn)行合閘保持，觸頭接觸壓力恒

10、定，觸頭沒(méi)有顫動(dòng)現(xiàn)象。 (7)不漏磁：磁路完全封閉，對(duì)任何設(shè)備、裝置、原件均無(wú)影響，且“磁王”的永磁力100年變化率小于0.3%。 (8)無(wú)溫升：觸頭吸合后，線圈維持電流一般在微安級(jí)，而且數(shù)值都是維持在相當(dāng)?shù)偷臓顟B(tài)下,穩(wěn)定性能非?？煽浚€圈幾乎不發(fā)熱也無(wú)溫升，更不會(huì)燒毀。 (9)功率因數(shù)高 ：電磁式接觸器功率因數(shù)低，只有0.36左右,對(duì)電網(wǎng)供電不利, 永磁式接觸器功率因數(shù)近似于1。 (10)抗干擾強(qiáng)： 永磁式接觸器具有電磁兼容性能，能抗雷擊和強(qiáng)磁場(chǎng)干擾。 3永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益使用永磁機(jī)構(gòu)的真空斷路器減少了設(shè)備故障，提高了礦井供電可靠性，減少了維護(hù)人員的工作量，節(jié)約了生產(chǎn)成本。充分

11、發(fā)揮設(shè)備的利用率，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，降低降低了事故率，維護(hù)簡(jiǎn)單， 提高礦井的供電安全性，減少維護(hù)費(fèi)用，節(jié)約能源，年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益約20萬(wàn)元以上。4結(jié)論綜上所述，斷路器的機(jī)械可靠性是斷路器整體可靠性的關(guān)鍵。永磁機(jī)構(gòu)采取了獨(dú)特的永磁保持電磁操作，電子控制的原理，具有很高的可靠性和機(jī)械壽命，它的成功研制和應(yīng)用為斷路器的整體可靠性打下了基礎(chǔ)。永磁式真空斷路器在今后電力系統(tǒng)配網(wǎng)中占有主導(dǎo)地位，是今后發(fā)展的必然趨勢(shì)。新一代10kV永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器的誕生，已經(jīng)成為廣大電網(wǎng)企業(yè)及終端用戶提供了一種全新的選擇，永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器進(jìn)行綜合應(yīng)用能滿足煤礦安全規(guī)程的要求，使設(shè)備達(dá)到各項(xiàng)保護(hù)完善目的是事在必行的，也是礦山安全供電的有效途徑。我公司在N24+260m變電所和N30+260m變電所各使用三臺(tái)，它的成功應(yīng)用，解決了原鏈輪式動(dòng)作機(jī)構(gòu)分、合閘的可靠性，特別是合閘時(shí)的可靠性差等問(wèn)題。原高壓開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)，零部件多，并且復(fù)雜，調(diào)試難度大，永磁機(jī)構(gòu)克服了傳統(tǒng)彈簧機(jī)構(gòu)和電磁機(jī)構(gòu)的不足，同時(shí)通過(guò)永磁材料實(shí)現(xiàn)真空斷路器分、合閘位置的保持及操作過(guò)程，從而達(dá)到高可靠性和頻繁操作以及惡劣環(huán)境場(chǎng)所的穩(wěn)定的操作，永磁和原鏈輪式機(jī)構(gòu)特點(diǎn)相對(duì)比，永磁機(jī)構(gòu)運(yùn)用到井下底壓安全供電系統(tǒng)中，有著十分重要的意義。今后，我公司應(yīng)在井下各個(gè)變