光控真空斷路器模塊低功耗自具電源設(shè)計(jì)

1、光控真空斷路器模塊低功耗自具電源設(shè)計(jì) 光控真空斷路器模塊應(yīng)用于多斷口真空斷路器對(duì)電源可靠性和低功耗提出了更高的要求，為此開(kāi)展了光控真空斷路器模塊低功耗自具電源模塊設(shè)計(jì)。分析了自具電源的工作原理，優(yōu)化設(shè)計(jì)了其取電電磁感應(yīng)線(xiàn)圈(取電CT)的構(gòu)造。電容器充電模塊從電路構(gòu)造，器件選型，轉(zhuǎn)變工作方式等降低其工作時(shí)損耗。建立了永磁機(jī)構(gòu)操動(dòng)電容充放電特性模型，分析得到低損耗的最正確間歇控制策略。開(kāi)展了智能控制器低功耗設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在線(xiàn)低功耗控制策略和離線(xiàn)休眠工作方式。最后通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)化后的取電CT 工作范圍在200 A3 000 A，滿(mǎn)足在線(xiàn)自具電源模塊工作，整體自具電源正常工作時(shí)損耗做到了300 mW，

2、滿(mǎn)足電網(wǎng)停電3 周，自具電源系統(tǒng)仍能驅(qū)動(dòng)光控真空斷路器動(dòng)作。設(shè)計(jì)的自具電源滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)斷路器的可靠性和智能性的要求。 引言 真空斷路器應(yīng)用真空作為滅弧及絕緣介質(zhì)，熄弧能力強(qiáng)、體積小、重量輕，使用壽命長(zhǎng)，無(wú)火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)，不污染環(huán)境，因此廣泛應(yīng)用于中壓領(lǐng)域。但由于真空擊穿電壓與間隙長(zhǎng)度間的飽和效應(yīng)，單斷口真空開(kāi)關(guān)無(wú)法應(yīng)用于更高電壓等級(jí)，多斷口真空開(kāi)關(guān)可以彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)。 國(guó)內(nèi)外已經(jīng)對(duì)多斷口真空斷路器的動(dòng)、靜態(tài)絕緣特性及動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}研究多年，參文通過(guò)引入“擊穿弱點(diǎn)”概念和概率統(tǒng)計(jì)方法建立了雙斷口及多斷口真空開(kāi)關(guān)的靜態(tài)擊穿統(tǒng)計(jì)分布模型，得出三斷口真空滅弧室的擊穿概率比單斷口真空滅弧室更低，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證。

3、參文分析并驗(yàn)證了均壓電容對(duì)多斷口真空斷路器靜動(dòng)態(tài)均壓效果。參文分析了雙斷口真空開(kāi)關(guān)開(kāi)斷機(jī)理與關(guān)鍵因素。 傳統(tǒng)的多斷口真空開(kāi)關(guān)采用的是傳統(tǒng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，整個(gè)操動(dòng)系統(tǒng)的環(huán)節(jié)多.累計(jì)運(yùn)動(dòng)公差大而且響應(yīng)緩慢，可控性差，效率低，各斷口的動(dòng)作同期性較差，不能滿(mǎn)足多斷口真空斷路器的同期性和可靠性的要求。參文提出了基于模塊化串聯(lián)技術(shù)構(gòu)成的多斷口真空斷路器實(shí)現(xiàn)策略：采用永磁機(jī)構(gòu)操動(dòng)，光纖隔離控制，模塊高電位操動(dòng)，分散性小，可靠性高，體積小，易于串并聯(lián)。傳統(tǒng)的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)采用220 V 交流電控制電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)脫扣。永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的電源主要有站內(nèi)直流電源、電容器組、蓄電池或者鋰電池，來(lái)對(duì)合、分閘線(xiàn)圈放電10，但這些電源設(shè)

4、計(jì)都是低電位電源供電，最終電源都是220 V 市電供電，基于光控真空斷路器模塊處于高電位，自具電源模塊采用高壓母線(xiàn)電流取電，解決了高電位供電問(wèn)題。光控真空斷路器模塊采用電流取電與蓄電池儲(chǔ)存電能聯(lián)合為整套控制系統(tǒng)浮地供電，由于電流取電磁性元件的非線(xiàn)性限制了取電工作范圍和取電功率，所以需要對(duì)光控真空斷路器模塊低功耗自具電源模塊開(kāi)展研究，滿(mǎn)足在線(xiàn)充電和離線(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間維持供電的要求。 本文對(duì)電源模塊的電磁感應(yīng)線(xiàn)圈部分開(kāi)展了優(yōu)化設(shè)計(jì)，以獲取更寬的工作范圍和輸出功率。通過(guò)操動(dòng)電容器充電模塊電路構(gòu)造，器件選型，改變工作方式等，降低其工作損耗。建立了永磁機(jī)構(gòu)操動(dòng)電容充放電特性模型，分析得到低損耗的最正確間歇控制策

5、略。從低功耗和智能化兩方面著手開(kāi)展控制器設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足光控真空斷路器模塊對(duì)可靠性和智能化的要求。 1、光控真空斷路器模塊自具電源工作原理 光控真空斷路器模塊(FCVIM)是由真空滅弧室，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)和自具電源模塊構(gòu)成。光控真空斷路器模塊系統(tǒng)框圖如圖1 所示：永磁機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電桿與真空滅弧室動(dòng)觸頭導(dǎo)電桿直接相連，電磁感應(yīng)線(xiàn)圈(取電CT)從高壓母線(xiàn)取能先為蓄電池充電，然后蓄電池通過(guò)電容充電模塊為操動(dòng)機(jī)構(gòu)電容充電，在多斷口串聯(lián)時(shí)，整個(gè)光控真空斷路器模塊處于高電位，每個(gè)模塊的動(dòng)作和狀態(tài)檢測(cè)由自具電源模塊的智能控制器通過(guò)光纖與低電位主控制器實(shí)現(xiàn)控制和通信。 圖1 光控真空斷路器模塊系統(tǒng)框圖 為了滿(mǎn)足光控真空

6、斷路器模塊的連續(xù)可靠的地工作，一方面，取電CT應(yīng)該有盡量寬的取電工作范圍和取電功率，本設(shè)計(jì)的CT取電范圍5%120%母線(xiàn)電流，取電功率10 W 左右。另一方面需要降低自具電源模塊的空載損耗。這樣可以確保在線(xiàn)母線(xiàn)電流較小，取電功率較小的時(shí)能夠滿(mǎn)足模塊工作而且離線(xiàn)檢修停電時(shí)，增加蓄電池持續(xù)保證模塊工作的時(shí)間，保證系統(tǒng)可靠。 6、結(jié)論 1)取點(diǎn)CT 在小電流情況下會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)，大部分工作在過(guò)渡飽和區(qū)，輸出電壓畸變嚴(yán)重，有尖峰。通過(guò)采用串聯(lián)濾波電感50 mH 和匝數(shù)50 配合得到滿(mǎn)足母線(xiàn)額定電流2 500 A 的5%120%變化時(shí)，輸出電壓滿(mǎn)足自具電源模塊工作。 2)建立了間歇工作方式下，電容器低功耗控制的數(shù)學(xué)描述，并利用優(yōu)化算法，得到最正確間歇控制策略，并利用智能控制器實(shí)現(xiàn)了該低功耗控制器策略。