永磁真空断路器研究与应用

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【摘 要】 永磁操动机构真空断路器越来越被公认为中压开关的换代产品，它代表了中压开关发展的方向。分析了永磁真空断路器内部结构、工作原理，将永磁机构与真空断路器进行完美匹配，提高了断路器的可靠性及寿命。

【关键词】 永磁真空断路器 操作机构 工作原理

1 前言

智能型永磁机构真空断路器是在上世纪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。大屯公司在110KV变电站在2010年投用使用该机构的开关3年多，运行平稳、安全可靠，受到运行值班人员及检修人员的好评。

2 永磁真空断路器结构

断路器配用的双稳态永磁操动机构，该机构由一种双稳态的磁路系统，使用一个一体化分、合闸线圈驱动动铁芯运动到相应的极限位置，并利用永磁体所提供的磁场能量，使之保持在极限位置。当激励线圈通过不同方向电流时，使线圈磁场产生大于剩余磁保持力的驱动力，即可使永磁操动机构的动铁芯动作。

动铁芯通过主轴直接驱动真空灭弧室的动触头，从而使断路器进行分、合闸动作。这种机械的传送方式，可使断路器的机械磨损小到可以忽略不计，使断路器在使用寿命期内基本很少维护。

当控制系统出现故障时，可用手动分闸装置操作，使断路器进行分断操作（如图1）。

3 永磁真空断路器工作原理

永磁真空断路器开断部分和其他断路器一样，区别在操作机构部分。永磁机构的原理基本上是一块铁片两边有磁铁和线圈，哪边的线圈通电了就会产生比令一边更大的磁力从而带动铁片往磁力大的一边运动。当铁片运动到和某一边磁铁接触是线圈断电，铁片靠磁铁吸住达到保持的目的。铁片两边运动能带动断路器分合。

3.1 合闸操作

将断路器送入柜体的试验或工作位置，合上控制电源和合闸电源，断路器处在分闸位置，合闸操作回路沟通，为合闸操作作好准备。就地按动合闸按钮启动合闸回路，使操动机构的线圈激励，克服分闸侧永磁体的保持力，使动铁芯驱动断路器的动触头按规定速度合闸。此时动铁芯由于永磁体的作用保持在合闸侧，在合闸线圈断电后，它不仅能够克服断路器触头弹簧的反作用力，而且具有足够的合闸自保持力，使断路器可靠的保持在合闸位置，在操动机构以及断路器上无需另外装设合闸保持和分闸脱扣装置。

3.2 分闸操作

断路器处在合闸位置，就地按动分闸按钮启动分闸回路，使操动机构的线圈激励，克服合闸侧永磁体的自保持力，使动铁芯驱动断路器的动触头按规定速度分闸。当断路器到达分闸位置时，自动将分闸线圈电源断开，并同时将开放合闸操作，为下一次的合闸操作作好准备。操动机构处在分闸位置时，动铁芯由于永磁体的作用保持在分闸位置，而不会出现误合闸。

3.3 手动分闸

断路器在合闸位置，用分闸工具顺时针转动分闸手柄，断路器即可分闸，并能可靠的开断额定电流。

4 永磁机构与弹簧机构比较

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，有其自身不可克服的缺点：零部件数量多、要求加工精度高、制造工艺复杂、成本高、产品可靠性不易保证。限制了真空开关向电气寿命免维护等要求更高的方向发展。

永磁机构特点是：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、分闸弹簧脱扣器等。机构零部件比弹簧机构减少很多，大大降低了故障率，可直接用标准电压（DC110/220V）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。

5 永磁真空断路器使用中的一些问题

（1）移开式断路器在手车未到试验或工作位置时，断路器内部的合闸回路断开。只有手车到达试验或工作位置时，才能作合闸操作。（2）断路器在作合闸操作后，手车的机构锁板被闭锁，手车将无法移动，防止在合闸状态推进或拉出负荷区。（3）正式投入运行前，额定电流在1600A以上等级的请按要求去除绝缘筒盖。（4）当断路器长期放置时，可能使断路器活动部分产生阻滞，每年应对断路器进行至少5次的合、分闸操作。（5）用操作电源操作断路器进行合闸和分闸，观看合闸、分闸位置指示是否正确。（如不能完成合闸、分闸操作，应检查操作电源的极性和电压是否符合技术条件）。

6 结语

随着社会科技程度的提高，电力行业及广大终端用户对开关设备的性能要求愈来愈高。目前，6-35Kv系列永磁机构真空断路器在发达国家作为中压断路器已被广泛使用变电站投运，大屯公司110KV变电站投运3年多以来，永磁真空断路器运行正常，从未发生一起事故，提高了大屯矿区电力系统运行的安全性和供电的可靠性。