永磁機構培訓課件

永磁機構專題操動機構技術的發(fā)展斷路器是電力系統(tǒng)中重要的開關設備，擔負著控制和保護的雙重任務，其性能的好壞是決定電力系統(tǒng)能否安全、可靠供電的重要因素之一。操動機構是斷路器的重要組成部分，是決定斷路器性能的關鍵部件之一，其性能的好壞將直接影響到斷路器的技術性能。因此，斷路器的工作可靠性在很大程度上依賴于操動機構的動作可靠性。斷路器對操動機構的要求1.操動機構不僅在斷路器正常工作的情況下能順利合閘，而且當斷路器關合有短路等故障的線路時，操動機構也必須能克服短路電動力等阻礙順利合閘。2.操動機構要有合閘保持的功能。3.要有合理的輸出特性，以保證斷路器動觸頭的分、合閘速度，滿足斷路器的分、合閘要求。斷路器操動機構的分類根據(jù)所提供能源形式的不同，操動機構有：手動操動機構電磁操動機構氣動操動機構液壓操動機構彈簧操動機構永磁操動機構

其中手動和電磁操動機構屬于直動機構，彈簧、氣動、液壓和永磁操動機構屬儲能機構。對于直動機構而言,操動機構由作功元件、連板系統(tǒng)、維持和脫扣部件等幾個主要部分組成。對于儲能機構而言,操動機構由儲能元件、控制系統(tǒng)、執(zhí)行元件幾大部分組成。手動操動機構

利用人力直接操作，操作功、操作效率與操作人員的體力有關，不能遠距離操作，不能重合閘。其優(yōu)點是結構簡單，不需要特殊的能源或儲能裝置。但由于操作時，可靠性和安全性得不到保證，目前只限用于100MVA左右的小型斷路器中。在我國，電磁操動機構廣泛用于少油斷路器和真空斷路器中。電磁操動機構一般需用較大功率的直流電源，價格比較高，而且蓄電池組不便于維護，這樣限制了它在農(nóng)村及中、小型企業(yè)中使用。和彈簧機構、液壓機構比較，電磁操動機構的出力小，動作時間長，在我國220kV以上的超高壓斷路器很少使用。氣動操動機構利用壓縮空氣作為能源產(chǎn)生推力的操動機構。因此不需要大功率的直流電源，需要有壓縮空氣的供給設備（儲氣罐）。斷路器完全依靠壓縮空氣來完成的分、合閘操作，并依靠壓縮空氣的推力將斷路器保持在合閘或分閘位置。主要優(yōu)點是：構造簡單，工作可靠，出力大，操作時沒有劇烈的沖擊。缺點是：操作時噪聲大，零部件的加工精度比電磁操動機構高，還需要有壓縮空氣的供給設備。目前三菱公司還在使用。在72.5～170kV級產(chǎn)品中，可選用彈簧或氣動機構，在242/245～525/550kV級可選用氣動機構。由于它具有體積小、操作力大、需要控制的能量小、操作平穩(wěn)無噪聲、本身液壓具有潤滑保護作用、分合閘緩沖簡單、操作時間短等優(yōu)點，在110kV以上斷路器中被廣泛采用。而且其傳動速度快、動作準確，是當前高壓和超高壓斷路器操動機構的主要品種。但由于其工藝復雜，零件眾多，其故障率增加。彈簧操動機構

利用彈簧的儲能使斷路器完成分、合閘操作的機械式操動機構。其儲能方式有手力和電動儲能兩種。通常，采用交直兩用的電動機儲能。優(yōu)點：1.操作時，合閘性能穩(wěn)定，不受天氣變化及電源電壓的影響；2.控制回路中所耗功率小，儲能系統(tǒng)是獨立的。若控制回路的電源發(fā)生故障，可以采用手力儲能；3.可靠性高，與氣動和液壓操動機構相比，能保持所儲的能量不損失；4.維護工作量少。缺點：1.與其它機構相比需要較大的功率和能量；2.在儲能與合閘過程中，容易發(fā)生振動和沖擊，因此要求機件的機械強度較高；3.對工藝要求高，安裝調(diào)整較困難；4.目前國內(nèi)對性能好、加工工藝要求高、制造技術難度大的碟形彈簧的生產(chǎn)還存在困難。永磁操動機構

它是電磁系統(tǒng)與永磁系統(tǒng)的完美結合。采用電磁鐵操動，永久磁鐵鎖扣，電容器儲能以及電子器件控制，避免了分、合閘位置機械脫鎖扣裝置所造成的不利因素。可以說，它是一種完全嶄新的操動機構，是操動機構的一次革命。最近ABB公司研制出了eVM1型配永磁操動機構真空斷路器，與VM1型相比增加了電流互感器及保護功能。將電流互感器，保護功能和控制部分綜合在一起，可以檢測開關的位置，每相過流和接地故障過流保護，可以通過RS485實現(xiàn)通信功能，并且對斷路器的一些參數(shù)進行重新設置，包括通信的設置、輸入輸出的設置等。Vm1型戶內(nèi)真空斷路器VS1型戶內(nèi)真空斷路器永磁機構的合閘都采用的電磁操動，按照分閘操作時的不同，可以分為電磁操動（即雙穩(wěn)態(tài)）和彈簧操動（即單穩(wěn)態(tài)）。雙穩(wěn)態(tài)的工作原理：當線圈處于分合閘位置時，線圈中無電流通過，永磁鐵利用動靜鐵心提供的低磁阻抗通道將動鐵心保持在極限位置。當動作時，合閘或分閘線圈中流過電流產(chǎn)生磁場與永磁體產(chǎn)生的磁場疊加合成，完成分合任務。合閘狀態(tài)分閘過程分閘狀態(tài)合閘過程雙穩(wěn)態(tài)永磁機構合閘過程靜態(tài)特性（有勵磁電流）

單穩(wěn)態(tài)的工作原理：永磁機構處于分合閘位置也沒有電流，靠永磁鐵的作用保持。合閘時線圈流過的電流產(chǎn)生的磁場和永磁鐵的磁場疊加合成，合閘過程同時為分閘彈簧充電。分閘時線圈流過相反方向的電流，產(chǎn)生的磁場來抵消永磁鐵產(chǎn)生的磁場，靠分閘彈簧釋放保證分閘速度。單穩(wěn)態(tài)永磁機構結構圖分閘狀態(tài)

合閘操作合閘狀態(tài)分閘操作單穩(wěn)態(tài)永磁機構合閘過程靜態(tài)特性（有勵磁電流）

永磁機構的合閘特性開始階段出力小，在合閘后期由于吸力上升快，永磁機構的合閘特性與真空斷路器配合較好。但是在分閘時，由于運動慣量影響剛分的提高。所以雙穩(wěn)態(tài)永磁機構在這方面不如電磁和彈簧操動機構。單穩(wěn)態(tài)的出現(xiàn)也正是彌補這方面的不足。在環(huán)境溫度120°C條件下永磁材料Koerdym280磁通密度F隨使用年限t的減小磁通密度曲線機構動鐵心所受的永磁保持力與動鐵心位移的關系曲線

真空斷路器空載試驗原理簡圖

R為電阻DC為9V干電池C為充電電容器FL為分流器分閘行程曲線通過記憶示波器測得的分閘行程曲線見上圖。圖中的X1-X2=6.3ms為動觸頭從剛分位置到分閘位置所走行程用的時間，已知開距=8.4mm。所以分閘速度V分=8.4/6.3=1.33m/s。合閘電流、行程曲線通過記憶示波器測得的合閘行程曲線見上圖。圖中的X1-X2=11.9ms為動觸頭從分位置到剛合位置所走行程用的時間，已知開距=8.4mm。所以合閘速度V分=8.4/11.9=0.71m/s。電壓平衡方程式：觸動瞬間之前的電流：合閘電流實測波形分閘電流實測波形優(yōu)點：1.簡單可靠

2.操作能耗小3.無“中間狀態(tài)”，安全可靠4.無需機械脫、鎖扣裝置

5.時間可控性強缺點：1.成本較高2.分合閘都是電動，沒有手動功能3.需要電子控制，抗電磁干擾能力差

永磁機構目前發(fā)展存在的問題從參數(shù)看，永磁只適用于做到中小容量和頻繁操作的場合，特別是重合器。從制造角度看，將彈簧的機械問題變成永磁的電氣電子問題。從使用角度看，彈簧可修可調(diào)，永磁若出了問題，涉及到費用問題。同時還需要有監(jiān)測手段等。永磁機構與彈簧機構的比較：二者各有千秋，永磁操動機構并不能取代彈簧操動機構，彈簧操動機構制造技術成熟，運行經(jīng)驗豐富，且能配大容量（100kA）的斷路器，并在減少零件數(shù)，簡化結構，提高可靠性方面不斷地改進。永磁機構在斷路器上的應用永磁機構是一種用于中壓真空斷路器的電磁操動、永磁保持的操動裝置。其獨特之處在于由永久磁鐵實現(xiàn)機構終端位置的保持功能，取代了傳統(tǒng)的機械脫扣和鎖扣裝置。工作時主要運動部件只有一個，無需機械脫、鎖扣裝置，故障源少，具有很高的可靠性。由于動作部件很少，中間轉換和連接機構也很少，大大減小了動作時間的分散性和不可控性，可靠性高，可長期頻繁操作，真正做到了永久性免維護。ABB公司產(chǎn)品德國特瑞德公司產(chǎn)品西門子公司產(chǎn)品

永磁機構的控制方式（1）接觸器控制方式優(yōu)點：結構簡單缺點：對觸頭的燒損，影響壽命；響應時間長，難實現(xiàn)時間的精確控制；整定值確定后不易調(diào)整。（2）電子控制方式優(yōu)點：采用電力電子器件代替觸點開關，延長了壽命；采用電子期間使機構簡單、輕巧。缺點：整定值確定后不易調(diào)整；電子電路容易受到外界電磁環(huán)境的干擾，引起控制部分的邏輯混亂。（3）微機控制方式將微機技術和斷路器的控制有效地結合在一起，