永磁操作机构与弹簧操作机构的区别
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真空断路器的操动机构主要有三种类型:电磁操动机构、弹簧操动机构及永磁操动机构。
电磁操动机构由一个电磁线圈和铁心,加上分闸弹簧和必要的机械锁扣系统组成,结构简单、零件数少、工作可靠、制造成本低。
同时螺管电磁铁的出力特性容易满足真空断路器合闸反力特性的要求。
其缺点是合闸线圈消耗的功率太大,因而要求配用昂贵的蓄电池,加上电磁机构的结构笨重,动作时间较长。
电磁操动机构出现最早,但目前用量趋于减少。
弹簧操动机构由弹簧贮存分合闸所需的所有能量,并通过凸轮机构和四连杆机构推动真空灭弧室触头动作。
其分合闸速度不受电源电压波动的影响,相当稳定,通过调整弹簧的压力能够获得满足要求的分合闸速度。
其缺点是机械零件多(达160多个),零件的材质、加工精度和装配精度都直接影响机构的可靠性。
弹簧机构的出力特性,基本上就是储能弹簧的释能下降特性,为改善匹配,设计中采用四连杆机构和凸轮机构来进行特性改变。
目前弹簧操动机构技术已经成熟,因此用量较大。
永磁机构是一种全新的操动机构,它利用永磁保持、电子控制、电容器储能。
其优势是结构简单、零件数目少,工作时的主要运动部件只有一个,无需机械脱扣、锁扣装置。
永磁机构分为两种类型:单稳态永磁机构和双稳态永磁机构。
永磁机构尚需经受考验,需解决好电容器的寿命问题、永久磁铁的保持力问题及电子器件的可靠性等问题。
目前其用量还不大。
真空断路器主要结构:真空断路器主要包含三大部分:真空灭弧室、电磁或弹簧操动机构、支架及其结构图他部件断路器采用三相支柱式结构,具有开断性能稳定可靠、无燃烧和爆炸危险、免维修、体积小、重量轻和使用寿命长等特点。
断路器采用全封闭结构,密封性能好,有助于提高防潮、防凝露性能,特别适用于严寒或潮湿地区使用。
三相支柱及电流互感器采用进口户外环氧树脂固体绝缘,或采用户内环氧树脂外包有机硅橡胶固体绝缘;具有耐高低温、耐紫外线、耐老化等特点。
操动机构采用小型化弹簧操动机构,储能电机功率小,分合闸能耗低;机构传动采用直动传输方式,零部件数量少,可靠性高。
高压开关柜断路器(电磁、弹簧、永磁)操作机构工作原理与优缺点(优点、缺点)(一)、电磁操作机构结构。
⑴、电磁操作机构是技术比较成熟,使用较早的一种断路器操作机构,其结构比较简单,机械组成部件数量约120个,它是利用通过合闸线圈中的电流产生的电磁力驱动合闸铁芯,撞击合闸连杆机构进行合闸的,其合闸能量的大小完全取决于合闸电流的大小,因此需要很大的合闸电流。
⑵、电磁操作机构的优点主要有:①、结构比较简单,工作比较可靠,加工要求不是很高,制造容易,生产成本较低;②、可实现遥控操作和自动重合闸;③、有较好的合、分闸速度特性。
⑶、电磁操作机构的缺点主要有:①、合闸电流大,合闸线圈消耗的功率大,需要配大功率的直流操作电源;②、合闸电流大,一般的辅助开关、继电器触点不能满足要求,必须配专门的直流接触器,利用直流接触器带消弧线圈的触点来控制合闸电流,从而控制合、分闸线圈动作;③、操作机构动作速度低,触头的压力小,容易引起触头跳动,合闸时间长,电源电压变动对合闸速度影响大;④、耗费材料多,机构笨重;⑤、户外变电所断路器的本体和操作机构一般都组装在一起,这种一体式的断路器一般只具备电动合、电动分和手动分的功能,而不具备手动合的功能,当操作机构箱出现故障而使断路器拒绝电动时,就必须停电进行处理。
(二)、弹簧操作机构。
⑴、弹簧操作机构结构:①、弹簧操作机构由弹簧贮能、合闸维持、分闸维持、分闸4个部分组成,零部件数量较多,约200个,利用机构内弹簧拉伸和收缩所储存的能量进行断路器合、分闸控制操作。
②、弹簧能量的储存由储能电机减速机构的运行来实现,而断路器的合、分闸动作靠合、分闸线圈来控制,因此断路器合、分闸操作的能量取决于弹簧储存的能量而与电磁力的大小无关,不需太大的合、分闸电流。
⑵、弹簧操作机构的优点主要有:①、合与分闸电流不大,不需要大功率的操作电源;②、既可远方电动储能,电动合、分闸,也可就地手动储能,手动合、分闸,因此在操作电源消失或出现操作机构拒绝电动的情况下也可以进行手动合、分闸操作;③、合与分闸动作速度快,不受电源电压变动的影响,且能快速自动重合闸;④、储能电机功率小,可交直流两用;⑤、弹簧操作机构可使能量传递获得最佳匹配,并使各种开断电流规格的断路器通用同一种操作机构,选用不同的储能弹簧即可,性价比优。
真空断路器永磁操作机构
真空断路器永磁操作机构是一种用于真空断路器的操作机构,它采用了永磁材料来实现断路器的合闸和分闸操作。
相比传统的弹簧操作机构和电磁操作机构,永磁操作机构具有以下优点:
1. 可靠性高:永磁操作机构不需要弹簧或电磁线圈等易损件,因此具有更高的可靠性和更长的使用寿命。
2. 操作速度快:永磁操作机构的合闸和分闸速度非常快,可以大大缩短断路器的动作时间,提高系统的响应速度。
3. 能耗低:永磁操作机构不需要外部能源来维持其工作状态,因此能耗非常低,可以降低系统的运行成本。
4. 体积小:永磁操作机构的结构简单,体积小,可以方便地安装在断路器内部,占用空间小。
5. 环保:永磁操作机构不需要使用弹簧或电磁线圈等易损件,因此减少了废弃物的产生,对环境更加友好。
总之,真空断路器永磁操作机构是一种高性能、高可靠性的操作机构,它可以提高断路器的操作性能和可靠性,降低系统的运行成本,是真空断路器的理想选择。
断路器永磁机构特点及原理摘要:断路器,作为电力系统中重要的操纵、爱惜设备。
需要借助操动机构来靠得住地完成断路器的分合闸操作。
最近几年来显现了一种新型的操作机构—永磁机构。
它采纳了一种全新的工作原理和结构,相对传统的操动机构来讲,具有更高的靠得住性,因此备受关注。
关键词:断路器;永磁机构引言为了保证电力系统的安全运行,作为操纵、爱惜元件的断路器必需能切断额定电流,开断关合短路电流,开合各类空载和负荷电路。
为了完成这些任务,断路器必需能及时靠得住地分合动静触头,这要借助于操作机构来完成。
因此,操作机构的工作性能和质量好坏,直接决定了断路器的工作性能和靠得住性。
最近几年来,伴随着电力电子技术的进展,显现了一种新型的操作机构—永磁机构。
它采纳了一种全新的工作原理和结构,工作时要紧运动部件只有一个,具有较高的靠得住性,因此备受关注。
1 永磁机构的组成传统的操作机构有电磁操作机构和弹簧操作机构。
电磁操作机构结构较简单,但结构笨重,合闸线圈消耗功率专门大。
弹簧操作机构由弹簧储能、合闸、维持合闸和分闸几个部份组成。
优势是不需要大功率的电源,缺点是结构复杂,制造工艺复杂,本钱高,靠得住性较难保证。
在借鉴了以上两种操作机构的优缺点的基础上,永磁机构进行了改良设计。
设计中使真空断路器分合闸位置的维持通过永久磁铁实现,取代了传统的机械锁扣装置。
这种磁力机构要紧由永久磁铁和分闸、合闸操纵线圈组成,当合闸操纵线圈通电后,它使动铁心向下运动,并由永久磁铁维持在合闸位置;当分闸操纵线圈通电,动铁心向反方向运动,一样由永久磁铁将它保待在另一个工作位置即分闸位置上,也确实是说,该机构在操纵线圈不通电流时它的动铁心有两个稳固工作状态,(合闸和分闸)。
也称双稳态电磁机构[1]。
永磁操动机构作为替代传统操动机构的一种新型机构,组成单元超级简单。
要紧由极化电磁铁、智能操纵器、储能电容器、电源模块、位置传感器等五部份组成。
图1 系统连接组成工作原理框图2 永磁机构动作原理、双线圈电磁铁结构极化电磁铁是永磁机构的要紧执行部件。
弹簧操动机构与永磁操动机构的比较弹簧操动机构与永磁操动机构的比较3.1 动作原理和结构真空断路器永磁机构原理图见图1,弹簧机构见图2。
目前用于中压断路器操动机构主要有电磁式和弹簧式两种。
电磁操动机构在真空断路器发展初期得到了广泛应用,这是由于电磁操动机构较好地迎合了真空灭弧室的要求:一是开距小(8-25mm),二是在合闸位置需要大的操动力(2000-4000N/相)。
然而电磁操动机构也存在不容忽视的缺点,磁路电感L在合闸过程中变化较大,产生反电动势,从而抑制了合闸线圈电流的增大,而且这种抑制作用随着合闸速度增加而增强。
相比之下,弹簧操动机构采用于手动或小功率交流电动机储能,其分合闸速度不受电源电压波动影响,相当稳定,能够获得较高的分合闸速度,能实现快速自动重合闸操作,在一定程度上克服了电磁操动机构的缺点。
然而弹簧操动机也存在以下缺点:完全依靠机械传动,零部件数量多,一般弹簧操动机构有上百个零件,且传动机构较为复杂,故障率较高,运动部件多,制造工艺要求较高。
另外,弹簧操动机构的结构复杂,滑动摩擦面多,而且多在关键部位,在长期运行过程中,这些零件的磨损、锈蚀以及润滑剂的流失、固化等都会导致操作失误。
近年来,一种用于中压真空断路器的永磁保持、电子控制的电磁操动机构(简称永磁机构)备受关注。
和传统的断路器操动机构相比,永磁机构采用了一种全新的工作原理和结构,工作时主要运动部件只有一个,无需机械脱扣、锁扣装置,故障源少,具有较高的可靠性。
3.2 操动机构与真空断路器的配合3.2.1 力-行程特性多年来,真空断路器一直在努力追求着一种完美操动的机构:结构简单,寿命长,可靠性高,可以用小功率交流电源操作,出力特性与真空断路器的反力特性很好地匹配,能给出稍低的合闸速度和较高的分闸速度的操作机构。
真空断路器触头行程很小,合闸过程中在触头接触前只需要很小的驱动力,一旦触头闭合,就需要较大的驱动力,来压缩触头弹簧以获的足够的触头压力。
磁控操作机构的工程应用分析摘要:本文对比了弹簧、永磁、电磁和磁控等几种典型操作机构的动作原理和技术特点,优选磁控操作机构进行工程实用化应用分析,剖析磁控机构的结构组成、工作原理和技术优点,基于磁控操作机构的速动性展开磁控开关的五级级差保护方案研究与工程应用分析。
关键词:磁控操作机构;速动性;磁控开关;五级级差保护0 引言随着经济的高速发展,配电网负荷越来越大,配电线路的停电所带来的经济损失以及社会影响越来越严重,如何提升配网供电可靠性,减少线路故障停电时间,成为了电网公司的迫切需求。
文章对比弹簧、永磁、电磁和磁控等几种典型配电开关操作机构的动作原理和技术特点,重点针对新型磁控操作机构展开工程应用分析,提出基于磁控开关的五级级差保护应用方案,对磁控开关的推广应用,提升配网线路的供电可靠性具有重要的指导意义。
1 配电开关典型操作机构对比1.1弹簧操作机构弹簧操作机构合闸时,先通过储能电机对合闸弹簧进行储能,再由合闸脱扣器解锁机械锁扣装置,释放合闸弹簧中能量,通过输出凸轮驱动开关合闸,合闸完成后由合闸锁扣装置实现保持;分闸时由分闸脱扣器解锁机械锁扣装置,开关将在分闸弹簧、触头弹簧的作用力驱动下完成分闸动作。
优点是合分闸电流较小,操作功耗小;缺点是结构复杂,传动、锁扣、脱扣装置多,机械零部件数量多,易损坏,机械寿命一般在1万次。
1.2永磁操作机构永磁操作机构由于采用永磁体实现合分闸位置的保持,取消了机械锁扣装置,进一步简化了结构,由合闸电流通过合闸线圈产生电磁力驱动动铁芯,完成合闸动作后,由永磁体的磁力吸附动铁芯,实现合闸保持。
分闸时,在合闸线圈或者中通以反向电流,产生分闸方向的电磁力,抵消永磁体磁力,驱动动铁芯,完成分闸动作后,利用分闸弹簧或者分闸端永磁体实现分闸保持。
优点是结构简单,体积小,可靠性高,机械寿命一般在3万次以上;缺点操作电流大,操作功耗高,操作高度依赖控制系统。
1.3电磁操作机构电磁操作机构结构也比较简单,合闸时由合闸电流在合闸线圈中产生的电磁力来驱动动铁芯,动铁芯推动运动支架带动开关进行合闸,当合闸完成后由维持线圈中的电磁力实现保持。
我们在现场碰到的开关一般分为多油(比较老的型号,现在几乎见不到了)、少油(一些用户站还有)、SF6、真空、GIS(组合电器)等类型。
这些讲的都是开关的灭弧介质,对我们二次来说,密切相关的是开关的操作机构。
机构类型可分为电磁操作机构(比较老,一般在多油或少油断路器配的是这种);弹簧操作机构(目前最常见的,SF6、真空、GIS一般配有这种机构);最近ABB又推出一种最新的永磁操作机构(比如VM1真空断路器)。
6.2 电磁操作机构电磁操作机构完全依靠合闸电流流过合闸线圈产生的电磁吸力来合闸同时压紧跳闸弹簧,跳闸时主要依靠跳闸弹簧来提供能量。
所以该类型操作机构跳闸电流较小,但合闸电流非常大,瞬间能达到一百多个安培。
这也是为什么变电站直流系统要分合闸母线控制母线的缘故。
合母提供合闸电源,控母给控制回路供电。
合闸母线是直接挂在电池组上,合母电压即电池组电压(一般240V左右),合闸时利用电池放电效应瞬间提供大电流,同时合闸时电压瞬间下降的很厉害。
而控制母线是通过硅链降压和合母连在一起(一般控制在220V),合闸时不会影响到控制母线电压的稳定。
因为电磁操作机构合闸电流非常大,所以保护合闸回路不是直接接通合闸线圈,而是接通合闸接触器。
跳闸回路直接接通跳闸线圈。
合闸接触器线圈一般是电压型的,阻值较大(一般几K)。
保护同这种回路配合时,应注意合闸保持一般启动不了。
但这问题也不大,跳闸保持TBJ一般能启动,所以防跳功能还存在。
该类型机构合闸时间较长(120ms~200ms),分闸时间较短(60~80ms)。
6.3 弹簧操作机构该类型机构是目前最常用的机构,其合闸分闸都依靠弹簧来提供能量,跳合闸线圈只是提供能量来拔出弹簧的定位卡销,所以跳合闸电流一般都不大。
弹簧储能通过储能电机压紧弹簧储能。
对弹操机构,合闸母线主要给储能电机供电,电流也不大,所以合母控母区别不太大。
保护同其配合,一般没什么特别需要注意的地方。
合闸弹簧和跳闸弹簧是独立的,储能机构一般只给合闸弹簧储能,而跳闸弹簧一般是靠断路器合闸动作储能.在合闸回路中串联有开关储能接点,也就是说开关未储能就不能进行合闸。
10kV SF6全绝缘断路器柜的永磁操作机构应用[摘要]10kV SF6全绝缘断路器柜内部以往所用的传统弹簧操作机构的断路器往往潜在较多缺陷问题,已经无法满足实际的操作需求。
而永磁操作机构,则能够有效弥补传统弹簧操作机构各种缺陷,达到良好应用效果。
故本文主要探讨10kV SF6全绝缘断路器柜永磁操作机构的有效应用。
[关键词]全绝缘;10kV SF6;断路器柜;永磁操作机构;应用;前言:10kV SF6全绝缘断路器柜当中,永磁操作机构属于重要的一类机构,相比较传统弹簧操作机构的断路器而言,其应用优势相对较多。
因而,综合分析10kV SF6全绝缘断路器柜当中永磁操作机构的有效应用,其现实意义较为显著。
1、关于全绝缘断路器柜的概述针对10kV SF6全绝缘断路器柜,它是应用至建设地缆网当中二次配电所用的断路器柜。
此断路器柜类型断路器柜开关具备着小体积、全绝缘及全密封、安全可靠性、免于维护、便捷化安装及操作、占地面积较小等各项优势。
能够从应用至变压器设施设备控制及保护、母线分断及联络、进线间隔、开关控制装置配置分界等当中[1]。
在一定程度上,10kV SF6全绝缘断路器柜有着故障检测、保护控制、通信等各项功能,呈较高科技含量,且市场应用发展前景较为乐观。
2、应用分析2.1应用永磁操作机构之必要性的产生传统弹簧操作机构的断路器,其在实际应用过程当中所表现出的缺陷问题详细如下:分合闸操作速度缓慢,多极差式控制无法实现,连跳及越级跳闸现象极易出现,停电面积相对较大,准确做好故障定位难度相对较大;较大合闸功率,较难储备更多的外部电源,停送电具体时间无法得到保证;分合闸具备较高的随机离散特性,分合闸位置线圈极易有烧坏情况出现,受机构影响,电网停电;合闸较长时间弹跳,灭弧室内部触头产生反复拉弧情况下,严重冲击着电网;机构体积相对较大,呈现较差的密封性,极易受周边环境所影响,部件易发生锈蚀现象,机构功能无法得到保证,老化及卡涩问题出现后,引发更多严重的故障问题;此外,传统弹簧操作机构的断路器总体结构极具复杂性,内部有较多的零部件过多,增加了维修难度系数及总体成本,且磨损及机械疲劳等各类故障问题发生概率相对较高,总体应用可靠性及使用寿命均无法得到保证。
断路器弹簧操作机构原理
断路器弹簧操作机构是在断路器中使用的一种开启和关闭电路的装置,它的原理是通过弹簧的弹性能量,实现对开关的控制。
具体原理如下:
1.弹簧存储能量:断路器弹簧操作机构中的弹簧会被预先压缩,使其具有弹性能量。
2.启动机构:在需要关闭或打开断路器时,先通过启动机构切
断或连接控制电路。
3.释放弹簧能量:启动机构释放时,弹簧的弹性能量会驱动机
构的运动,进而打开或关闭断路器。
4.机械连接:弹簧操作机构与断路器的机械连接,使弹簧的运
动能够直接影响断路器的状态。
5.装置复位:当要复位断路器时,通常需要使用手动装置将压
缩的弹簧重新装入操作机构中,准备下一次操作。
断路器弹簧操作机构的原理充分利用了弹簧的弹性能量,通过合理的机械连接和启动机构来实现对断路器的操作。
这种机构具有结构简单、可靠性高、操作力小等优点,在电力系统中得到广泛应用。
第一章概述1、配电自动化以一次网架设备为基础,配电自动化系统为核心,利用多种通信方式,对配电网进行监控和科学管理。
2、配电自动化系统对配网运行监视和控制的自动化系统。
功能:1、配电SCADA;2、馈线自动化;3、电网分析应用;4、相关应用系统互联。
构成:主站、子站、终端、信道。
3、配电SCADA配电主站的基本功能:实现配网监视、远控、指挥、调度4、馈线自动化利用自动化装置,监视馈线状况;故障时自动发现、诊断、隔离故障区,恢复健全区供电。
5、配电自动化的意义:1,提升供电可靠性;2,提高设备利用率;3,经济优质供电;4,提升配网应急能力;5,通过长期监视记录数据,为配网规划改造提供依据;6,提升管理水平客服质量。
第二章配电网架与配电设备3、柱上开关的区别:断路器:正常或故障下分合配电线路。
可手动操作也可在继保系统下自动操作。
柱上重合器:具有自动重合闸功能的断路器。
识别故障位置,进行开断、重合、复位、闭锁柱上负荷开关:切合负荷电流和一定过载电流,不需要切短路电流,适合频繁操作。
柱上分段器:带有智能控制装置的负荷开关,分电压时间型,电流计数型。
用户分界开关:用于对故障用户快速隔离,防止故障扩大4、电缆配电柜开关设备类型环网柜、电缆分接箱、固体绝缘开关柜5、三种常见操作机构电磁操作机构。
传统型:合闸靠电流产生电磁力,同时给弹簧储能;分闸时靠弹簧动作来电即合无压释放型:分合闸均靠电流优点:结构简单,可靠,便宜。
缺点:传统型无压合闸要蓄电池,维护难,合闸耗能大。
来电即合型不需要。
弹簧操作机构。
使用储能电机对弹簧储能,分合闸依靠弹簧优点:合闸后马上储能,失电后还能动作一次,合闸耗能小,几乎不受干扰缺点:电机储能时噪音大,易故障。
操作机械结构复杂,摩擦面多,易故障永磁操作机构。
仅动作时依靠电磁力,保持依靠永磁铁的磁力。
单稳态:合闸保持依靠永磁力,分闸及保持依靠储能弹簧。
双稳态:分合闸保持均靠永磁力优点:机械结构极为简单,可靠性高,操作电源要求低,出力与短路器匹配,寿命长。
高压开关柜操作机构和操作电源(成都贝锐智能电气有限公司)1、开关柜分合闸的执行机构—电磁操作机构与弹簧操作机构电磁操作机构:早先的开关柜,普遍采用电磁操作机构进行分合闸操作,这种机构需要较大的合闸电流,动作速度低,结构笨重,耗材较多,现已逐渐淘汰。
弹簧操作机构:弹簧操作机构是利用储存在弹簧中的能量完成分合闸的过程,弹簧的储能由储能电机完成。
弹簧操作机构的优点是:需要的分合闸电流小,即可远方电动合、分闸,电机储能,也可就地手动合、分闸和电机储能。
对于弹簧操作机构,大多数的储能电机功率在100W~300W之间,分合闸线圈的功率在200W~400W之间。
2、直流操作电源-直流屏直流屏的原理框图如下:直流屏采用2V规格的电池,串成220V,需要110只,但2V规格的电池,其电压一般都高于2V,在2.2V甚至更高,所以电池组正负两端的电压会达到或超过240V。
直流屏的输出有二路,一路240V(左右),一路220V。
240V输出直接来自于电池组的正负两端。
这样高的电压,如果直接提供给开关柜的其他直流负载,如微机保护装置等,会使其无法承受,因此需要用降压硅链降压到220V,这一路输出就是控制母线电压(KM)。
而早先的电磁操作机构,刚好需要比较大的驱动电流,也能承受较高的直流电压,因此就把电池组两端的电压直接输出供分合闸使用,这一路输出就是合母电压(HM)。
3、分布式直流电源作为开关柜操作电源的使用分布式直流电源具有体积小,造价低,方便使用的特点,其连续功率在100W~200W之间,短时功率(供储能电机)在350W左右(20S),短时功率(供分合闸线圈)能达到600W~100W之间,能完全满足1~2面弹簧操作机构的开关柜使用。
考虑到弹簧操作机构的分合闸线圈功率并不大,对于分布式直流电源,只安排一路输出,电压为220V,不在区分控母输出和合母输出。
4、早先采用两路电源的设计,现改用分布式单路电源时,设计图子的调整方法使用弹簧操作机构的断路器,已无需再分控母(HM)与合母(HM),只需将分布式电源的直流输出直接连接到原来的合母与控母线端即可。
弹簧操动机构与永磁操动机构的比较弹簧操动机构与永磁操动机构的比较3.1 动作原理和结构真空断路器永磁机构原理图见图1,弹簧机构见图2。
目前用于中压断路器操动机构主要有电磁式和弹簧式两种。
电磁操动机构在真空断路器发展初期得到了广泛应用,这是由于电磁操动机构较好地迎合了真空灭弧室的要求:一是开距小(8-25mm),二是在合闸位置需要大的操动力(2000-4000N/相)。
然而电磁操动机构也存在不容忽视的缺点,磁路电感L在合闸过程中变化较大,产生反电动势,从而抑制了合闸线圈电流的增大,而且这种抑制作用随着合闸速度增加而增强。
相比之下,弹簧操动机构采用于手动或小功率交流电动机储能,其分合闸速度不受电源电压波动影响,相当稳定,能够获得较高的分合闸速度,能实现快速自动重合闸操作,在一定程度上克服了电磁操动机构的缺点。
然而弹簧操动机也存在以下缺点:完全依靠机械传动,零部件数量多,一般弹簧操动机构有上百个零件,且传动机构较为复杂,故障率较高,运动部件多,制造工艺要求较高。
另外,弹簧操动机构的结构复杂,滑动摩擦面多,而且多在关键部位,在长期运行过程中,这些零件的磨损、锈蚀以及润滑剂的流失、固化等都会导致操作失误。
近年来,一种用于中压真空断路器的永磁保持、电子控制的电磁操动机构(简称永磁机构)备受关注。
和传统的断路器操动机构相比,永磁机构采用了一种全新的工作原理和结构,工作时主要运动部件只有一个,无需机械脱扣、锁扣装置,故障源少,具有较高的可靠性。
3.2 操动机构与真空断路器的配合3.2.1 力-行程特性多年来,真空断路器一直在努力追求着一种完美操动的机构:结构简单,寿命长,可靠性高,可以用小功率交流电源操作,出力特性与真空断路器的反力特性很好地匹配,能给出稍低的合闸速度和较高的分闸速度的操作机构。
真空断路器触头行程很小,合闸过程中在触头接触前只需要很小的驱动力,一旦触头闭合,就需要较大的驱动力,来压缩触头弹簧以获的足够的触头压力。
永磁机构的控制一、永磁机构控制发展概况1、断路器操作机构的发展.高压开关的一个最基本性能就是机械可靠性,断路器的全部使命,归根到底是体现在触头的分、合动作使,而分、合动作又是通过操动机构来实现的,因此操动机构的工作性能和质量的优劣,对高压断路器的工作性能和可靠性起着极为重要的作用.操作机构的发展经历了几个重要阶段:电磁机构、弹簧机构、永磁机构.最早的电磁机构,由于对电源要求较苛刻——需要专用的大容量电源屏供电,并且操作时冲击大,操作时间长,而逐渐被市场所淘汰,取而代之的是弹簧操作机构.其利用交直流两用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,对电源无冲击,因此在近些年得到广泛应用.但弹簧机构也有其自身不可刻服的缺点:零件数量多,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.研究表明,开关设备的故障率和其零件的数量成正比,弹簧操动机构的结构比较复杂,零件数量多约为200个,要求加工精度高、制造工艺复杂,成本高,产品的可靠性不易保证.电磁力合闸的操动机构称为电磁操动机构,电磁操动机构的优点是结构简单,零件数量少约为120个,工作可靠,制造成本低,其缺点是合闸线圈消耗的功率太大,因而要求用户配备价格昂贵的蓄电池组,加上电磁机构的结构笨重,动作时间较长.真空断路器之所以如此迅速发展,在于其真空灭弧室优异的开断特性,使其电寿命大大增加.真空断路器的灭弧室动触头行程小,要求分闸速度高.动静触头合闸时为平面接触,为了防止真空断路器在短路时触头被强大的冲击力斥开,动静触头间要施以较大的触头压力,这样也有利于提高分闸速度.真空灭弧室的优异性,使其机械及电寿命从传统的两千次跃增为上万次,沿用传统断路器操动机构很难体现出其高寿命、高可靠性的优点.因此需要一结构高度简化、节能和高可靠性的机构来满足真空断路器的驱动要求.永磁操作机构的出现就是为了解决这一问题,为研制新一代免维护断路器奠定了基础.从永磁机构的结构上可看出,其元件极少,动作过程简单,用其做的开关零件比弹簧机构减少80%,从而保证运行中的故障率极低,基本可达到免维护.另外其寿命特长,超过十万次,这就为研制真正免维护超长寿命的真空开关奠定了良好的基础.近几年来,永磁机构在12kV电压等级的断路器上已广泛应用,表明其与真空灭弧室配合的优点是非常明显的.2、永磁机构发展遇到的问题.永磁机构本体的可靠性同弹簧机构相比有非常明显的提高.但是其应用和推广过程中也遇到了一些问题,导致其推广应用受到一定程度的限制.如何解决好这些问题成为永磁机构发展和推广应用的关键.永磁机构推广遇到的最大的问题是控制回路的问题.由于控制回路的设计不合理,可靠性较差使得人们对于永磁机构的可靠性产生了怀疑.可以明确的讲:永磁机构相对于弹簧机构可靠性的提高是勿容质疑的.因此,设计和采用高可靠、高性能的控制装置成为永磁机构发展的关键和难点.3、永磁机构控制回路主要功能永磁机构本身设计的简单化,使得控制回路相对复杂,将机构本身可靠性的要求转移到控制回路.控制回路的基本功能有:A、为永磁机构提供分合闸能量;B、接受控制信号;C、机构状态监测功能;D、通过逻辑判断进行分合闸操作.控制回路的辅助功能有:A、操作电压监视;B、防跳功能;C、通讯功能;D、告警功能等.4、控制回路的发展永磁机构控制回路通过不断的发展,取得了不少可喜的成果,其可靠性也在不断的提高.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、节点粘连等问题,因此其使用受到了很大的限制.大功率电力电子器件控制方式从器件的应用上看又分为:MOSFET开关管和IGBT开关管.该方式由于一般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.但是,由于电力电子器件耐受电压电流冲击的能力较低,如果保护电路不完善这些器件是非常容易顺坏的.在当前永磁机构断路器出现的故障中该器件损坏占据了较大的比例.因此,采用什么样的方法来保护该类器件成为永磁机构控制器设计的重点和难点.二、永磁控制要解决好的几个问题1、可靠性永磁机构控制要解决的首要问题是可靠性的问题.当前永磁开关推广的一个比较大制约因素就是控制回路的可靠性问题.通过电路的优化、器件的筛选、保护电路的完善等手段解决控制回路中大功率电力电子损坏的问题.必须通过几方面的协调才可能达到理想的效果,在这方面我们做了大量的工作,积累了丰富的实验数据,找到了比较好的办法,从而提高了控制设备的可靠性.2、抗干扰性永磁机构控制器有的安装于断路器本体内部,在开断故障电流时控制器所受到的电磁干扰是非常恶劣的,因此作为断路器的控制设备必须具有很高的抗干扰性,才能保证断路器的正常动作,否则就会出现断路器误动或拒动的问题,这是必须要避免的.一般要求控制器产品因该满足下列标准中较为严酷的干扰等级.A、脉冲干扰GB/T IEC255-22-1标准共模: 1MHz/2s 100kHz/2s差模:1MHz/2s100kHz/2sB、静电放电干扰GB/T IEC255-22-2标准C、辐射电磁场干扰GB/T IEC255-22-3 标准D、快速瞬变干扰GB/T IEC255-22-4标准E、浪涌试验GB/T IEC 61000-4-5标准F、传导电磁场干扰试验GB/T IEC 61000-4-6标准3、抗震性对于永磁控制器的抗震性的要求,可以分为两个等级.内置于断路器本体内的永磁控制器必须具有非常高的抗震性,因为断路器在分合过程中的震动还是相当大的,如果忽视了对于抗震性的要求,断路器产品的可靠性肯定会受到很大的影响.对于同断路器本体分离安装的控制器来讲,其抗震性的要求要地一些,一般情况满足通常设备的抗震性即可.4、小型化小型化是当前控制设备的发展的必然趋势,同时为了满足控制器内置的要求也必须小型化.小型化就要求采用新的控制方式、新的器件、新的控制原理.采用集成度较高的单片机和大功率电力电子器件,是控制器小型化的主要手段.三、控制回路组成1、电源部分永磁操作机构由于取消了储能部件,所以其操作功还是比较大的.电源部分是控制回路中核心的部分,当前控制回路的许多问题都是由于没有处理好电源部分的问题引起的.电源部分一般有两部分组成:功率变换部分和储能电容.储能电容应当选取可靠性高、性能稳定的产品.功率变换可以分为整流变换模式和开关电源模式.整流变换模式一般由工频变压器、整流桥和限流电路组成,虽然这种电路成本低、可靠性高,但是其输出电压波动较大、输入电源只能为交流、功能简单,因此不能完全满足永磁操作机构的要求.开关电源模式的功率变换回路实际上是工作在开关模式的DC/DC 或AC/DC电源,这种电源工作范围宽、输出稳定、交直流兼容,可以完全满足永磁操作机构的要求.为了满足永磁控制回路可靠性、抗干扰性、抗震性、小型化的要求,应该采用模块化、全灌封、密闭金属外壳的模块电源.2、逻辑判断部分该部分的主要功能通过采集和判别开关的状态、操作电压的情况、输入控制信号等外部状态,然后进行计算、逻辑判断、系统自检等得出进一步动作类型,通过电力电子器件、继电器等输出控制脉冲或信号等.该部分的实现一般采用单片机的方式,也可采用模拟电路或可编程逻辑器件实现.该部分主要是解决好判断逻辑的正确性、程序的稳定性、电路抗干扰性等问题.永磁控制的一些附加功能可以由该部分实现,如:防跳功能、操作电压监视、通讯功能、告警功能等.3、主控制回路部分主控制回路部分的主要功能就是接受分合闸控制信号,将分合闸电压电流施加于分合闸线圈,从而实现分合闸的目的.该部分的的主要问题是解决好功率器件的保护问题,保证控制回路的可靠性.可以通过电路的优化、器件的筛选、保护电路的完善等手段解决控制回路中大功率电力电子损坏的问题永磁断路器与二次系统接口1、引言真空断路器的驱动元件——操动机构,从最初的电磁机构,发展到现在广泛应用的弹簧操作机构,以及近年来出现了永磁机构.随着永磁材料、制造技术、控制技术的进步真空永磁断路器在中低压领域特别是在频繁操作的场合获得了广泛的应用和用户的好评.但是由于真空永磁断路器本身的一些特点同弹簧操作机构的差别,在永磁断路器的推广应用过程中遇到了一些同二次系统接口方面的问题.这些问题的存在制约了永磁机构本身特点的发挥和其进一步的推广应用.必须解决好永磁断路器同二次系统地接口问题,才能更好的发挥永磁机构自身的特点和进一步的推广应用.当前永磁断路器同二次系统接口存在的主要问题,实际上不是技术的问题,而是同现在广泛应用的弹簧操作机构断路器的兼容问题.从设计角度讲,永磁机构断路器简化了同二次系统地接口,但是由于二次设备生产厂家、工程设计人员、产品使用人员对于永磁断路器的特性和应用还不是特别熟悉,在认识上还不是特别清楚,总是用弹簧断路的接口方式来套永磁断路,造成一些应用上的问题,增加了故障点降低了永磁断路的整体可靠性.因此,正确认识永磁断路器同二次系统地接口问题,对于永磁断路器特点的发挥和扩大应用有着非常重要的意义.2、当前电力一次开关设备同二次系统的接口对于一次开关设备同二次系统的接口方式可以从一次和二次设备两方面分别来说明.一次开关设备对外接口主要有以下几部分:一、合、分闸控制回路;二、电流、电压变送回路;三、位置指示回路.二次系统同一次开关设备主要接口是通过微机综合保护装置来完成的,微机综合保护装置对于一次开关设备对应的接口进行相应的采集和控制,包括:一、控制开关动作;二、采集开关上的电压电流量;三、采集开关工作状态.对于一次开关设备的接口,由于弹簧机构在当前的开关设备中占据了绝对的优势,这里以弹簧开关作为例子说明一次开关设备的接口方式.图一为典型的弹簧开关二次原理图,根据该图对一次开关设备的接口进行简要说明.图中合闸回路由合闸线圈、辅助开关、防跳继电器、整流桥及有关的接点组成.合闸过程为:在开关分位,辅助开关常闭接点接通,当开关接到合闸控制电压后驱动合闸线圈动作触发开关进行合闸,开关合闸完成辅助开关常闭接点断开切断合闸电流,从而完成合闸动作.防跳继电器主要是在合闸控制电压未消失前,闭锁合闸回路,防止开关跳闸后继续合闸.图中跳闸回路由跳闸线圈、辅助开关、整流桥组成.跳闸过程为:在开关合位,辅助开关常开接点接通,当开关接到跳闸控制电压后驱动跳闸线圈动作触发开关进行跳闸,开关跳闸完成辅助开关常开接点断开切断跳闸电流,从而完成跳闸动作.图中开关位置指示是通过辅助开关直接引出,通过常开、常闭接点表示开关位置.该图中没有电压电流变送回路,一般情况户外开关会根据要求添加电压电流变送回路,而户内开关由于其安装于开关柜内,电压电流变送回路作为柜内元件而不作为开关元件.电压电流变送器件当前一般采用普通的电磁式变送器,输出信号一般为1A、5A、100V、220V等.对于弹簧开关来讲当前国内外从原理上、应用习惯上没有大的差别,区别仅在具体产品上的区别,因此就不再区别进行介绍了.图一 VS1开关二次原理图电力设备二次系统同一次设备的接口国内外、国内不同厂家之间、应用于中高压设备和低压电器设备有较大的区别,下面简要的介绍一下较为常见的一些做法,作为讨论接口问题的例子.因为现在一次设备开关大部分为弹簧操作机构,故而绝大多数国内的二次设备目前大多数采用“测量、保护、控制、信号”四合一的微机综合保护装置的接口设计是根据弹簧操作机构的要求和特点进行控制回路的设计,同时根据设备运行的情况又不断地添加了一些反事故措施造成控制回路复杂,与开关设备的某些功能重叠最典型的如防跳回路.国外的二次保护设备的接口相对比较简单,大部分为空接点输出.下面简要介绍一下各自的特点.电力二次控制保护设备同一次开关设备的接口主要涉及到:动作控制、信号采集、模拟量采集的问题.①动作控制主要是二次保护设备通过输出控制电压信号来驱动开关动作.保护设备为了控制开关动作合闸、分闸,一般要有合闸继电器有的还分为遥控合闸和保护合闸继电器、分闸继电器有的还分为遥控分和保护分继电器.由于开关设备合分闸控制需要的控制电流比较大1A~5A,电压比较高24V,110V~220V,直流/交流如果开关拒动或是回路中的辅助开关故障,就需要保护设备切断该电流,但是一般的继电器的接点容量无法完全满足上述需要,故而不同厂家采取了很多办法解决该问题.许多措施的应用保证了保护设备的可靠性,提高了系统的稳定性.但是这些措施的应用并不适合其它非弹簧操作机构的一次开关设备,是造成当前永磁操作机构在应用中同二次设备接口不匹配的主要原因.国内二次设备厂家为了解决继电器接点容量不足的问题一般采取增加跳闸插件回路的办法,图二为一典型的保护设备跳闸插件原理图.从图中可以看出,保护设备为了解决继电器接点容量不足的问题采取的办法是增加了控制回路的电流保持功能.简单的讲就是在控制回路增加了电流型继电器HJ、TBJ,该继电器的功能就是一但控制回路有电流流过该回路就一直接通直至电流消失,这就保证了由于继电器接点容量不足而引起的节点损坏.这样的解决办法实际上是由于国内产业分割二次保护设备和一次开关设备一般不是同一厂家供货造成的,该办法并没有从根本上解决问题,只是二次保厂家为了保证自身设备可靠性而采取的办法.如果开关设备拒动或是辅助开关粘连,未采用该办法可能烧毁控制继电器以及合分闸线圈,采用该办法的直接后果就是合分闸线圈的烧毁.同时保护设备为了保证控制的可靠性,通过合分闸回路来检测开关合分闸位置,这样就可以进行控制回路检测,因为合闸回路合分闸回路必定有一个是通的如果两个回路都不通证明控制回路断线.图二保护装置控制回路原理图二次保护设备为了同一次开关设备控制回路接口匹配、为了适应不同的控制电压110V,220V,交流,直流等,需要不同控制电路和参数,造成保护设备规格不一调试麻烦,没有统一的标准等,至今仍然存在好多的问题.但是国外的保护设备很少采用类似的解决办法,施耐德S80、S40、S20、ABB SPJ140系列、SEL系列、阿尔斯通MicomP系列、西门子7SJ系列都是继电器直接出口,没有相应的保持电路.②信号采集主要是通过采集开关设备辅助开关的通断情况来判断开关有关的状态,如:开关合位、开关分位、储能状态等.二次保护设备采集电路主要是通过光电耦合器件实现开关量的.③模拟量采集主要是通过将电压电流变送器输出的转化为AD变换电路能够识别的电平信号,通过AD变换将该电平转换为数字信号供二次保护设备CPU进行数字处理,然后确定相应的动作.3、新型永磁断路器同二次系统接口的方式真空永磁断路器因其高可靠性、免维护性等逐渐获得了用户的喜爱,应用范围不断扩大,但是其又有本身不同于弹簧机构断路器的特点,在应用过程中遇到了很多同二次设备接口问题.为了更好的推广真空永磁断路器必须要解决好其同二次设备的接口问题.前面也提到了永磁开关其实是简化了二次保护设备对于接口的要求.永磁开关因其控制方式的不同其接口方式也有区别,当前永磁断路器主要的控制方式主要分为:接触器控制方式和电子控制器控制方式.接触器控制方式永磁开关,通过接触器触点接通或断开永磁机构合分闸线圈的电流来实现合闸合分闸过程.对二次保护设备来讲合分闸回路就是接触器线圈串入相应的辅助开关,保护设备的控制电压信号通过辅助开关送给接触器线圈,开关动作到位后通过辅助开关切断接触器回路.该方式可以将接触器线圈看成是弹簧操作机构的合分闸线圈,接口方面同弹簧开关基本没有大的区别.该控制方式由于采用了接触器元件,接触器的性能、可靠性无法同永磁机构相匹配,同时还存在烧毁机构线圈的问题,另外接触器体积较大安装不方便,因此应用该控制方式的永磁断路器在永磁断路器中所占的比例较少且在逐渐减少.合闸位置检测分闸位置检测手动合闸控制遥控合闸控制手动分闸控制遥控分闸控制光电隔离开入操作电压EMI抑制隔离、放大、比较逻辑判别互锁回路告警回路系统自检。
永磁操动机构是一种用于高压真空断路器永磁保持,电磁控制的操作机构,是一种全新的工作原理和结构。
与传统操动机构相比较,具有主要部件少,是传统断路器操作机构零部件的7%,无需机械脱扣锁扣装置,故障点少,高可靠性,使用寿命长,其中永磁操作机构寿命可达10万次以上,适于频繁操作及高可靠变电站等场所的应用。
永磁机构克服了传统弹簧机构和电磁机构的不足,同时通过永磁材料实现真空断路器分、合闸位置的保持及操作过程,从而达到高可靠性和频繁操作以及恶劣环境场所的稳定的操作。
主要性能特点:
1、提高真空断路器整体机械性能,使之能适应频繁开断和长寿命使用的要求,真空断路器的机械寿命高于10万次。
2、相比传统操动机构,无须机械脱、锁扣装置,零部件数量大为减少,工作时仅有一个运动部
件,故障率极低,可实现少维护。
3、操动机构的性能与灭弧室开断、关合特性相吻合,延长真空灭弧室的使用寿命。
4、采用高可靠的双稳态操作机构设计。
通过分、合闸控制线圈产生的电磁力控制分、合闸操作,合闸和分闸位置均采用永磁保持。
5、永久磁材料与分闸、合闸控制线圈结合,解决了合闸时需要大功率能量的问题。
手动分闸与电动分闸速度相同,能够可靠开断短路电流。
6、具有防跳功能,设计软连接和触头辅助压簧,解决了合闸弹跳问题。
7、采用智能化控制和液晶显示,能直观显示断路器各种工作状态。
同时具有低电压拒合报警功
能。
8、交直流储能操作,停电2后小时内可做一次分、合、分操作。
9、具有可靠的操作控制电路模块,可耐受雷击、电涌等严酷条件。
永磁材料采用钕铁硼材料,其每一百年退磁为千分之0.5。
10、该断路器具有免检修、少维护、无污染、无爆炸危险、噪音低等特点,并且适应频繁操作等
苛刻的工作条件。