永磁機(jī)構(gòu)培訓(xùn)課件

永磁機(jī)構(gòu)專題操動(dòng)機(jī)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展斷路器是電力系統(tǒng)中重要的開關(guān)設(shè)備，擔(dān)負(fù)著控制和保護(hù)的雙重任務(wù)，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(dòng)機(jī)構(gòu)是斷路器的重要組成部分，是決定斷路器性能的關(guān)鍵部件之一，其性能的好壞將直接影響到斷路器的技術(shù)性能。因此，斷路器的工作可靠性在很大程度上依賴于操動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作可靠性。斷路器對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求1.操動(dòng)機(jī)構(gòu)不僅在斷路器正常工作的情況下能順利合閘，而且當(dāng)斷路器關(guān)合有短路等故障的線路時(shí)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)也必須能克服短路電動(dòng)力等阻礙順利合閘。2.操動(dòng)機(jī)構(gòu)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(dòng)觸頭的分、合閘速度，滿足斷路器的分、合閘要求。斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的分類根據(jù)所提供能源形式的不同，操動(dòng)機(jī)構(gòu)有：手動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)氣動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)

其中手動(dòng)和電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)屬于直動(dòng)機(jī)構(gòu)，彈簧、氣動(dòng)、液壓和永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)屬儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)。對(duì)于直動(dòng)機(jī)構(gòu)而言,操動(dòng)機(jī)構(gòu)由作功元件、連板系統(tǒng)、維持和脫扣部件等幾個(gè)主要部分組成。對(duì)于儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)而言,操動(dòng)機(jī)構(gòu)由儲(chǔ)能元件、控制系統(tǒng)、執(zhí)行元件幾大部分組成。手動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)

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(guān)，不能遠(yuǎn)距離操作，不能重合閘。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要特殊的能源或儲(chǔ)能裝置。但由于操作時(shí)，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(dòng)機(jī)構(gòu)廣泛用于少油斷路器和真空斷路器中。電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)一般需用較大功率的直流電源，價(jià)格比較高，而且蓄電池組不便于維護(hù)，這樣限制了它在農(nóng)村及中、小型企業(yè)中使用。和彈簧機(jī)構(gòu)、液壓機(jī)構(gòu)比較，電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的出力小，動(dòng)作時(shí)間長，在我國220kV以上的超高壓斷路器很少使用。氣動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)利用壓縮空氣作為能源產(chǎn)生推力的操動(dòng)機(jī)構(gòu)。因此不需要大功率的直流電源，需要有壓縮空氣的供給設(shè)備（儲(chǔ)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(diǎn)是：構(gòu)造簡(jiǎn)單，工作可靠，出力大，操作時(shí)沒有劇烈的沖擊。缺點(diǎn)是：操作時(shí)噪聲大，零部件的加工精度比電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)高，還需要有壓縮空氣的供給設(shè)備。目前三菱公司還在使用。在72.5～170kV級(jí)產(chǎn)品中，可選用彈簧或氣動(dòng)機(jī)構(gòu)，在242/245～525/550kV級(jí)可選用氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。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(hù)作用、分合閘緩沖簡(jiǎn)單、操作時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，在110kV以上斷路器中被廣泛采用。而且其傳動(dòng)速度快、動(dòng)作準(zhǔn)確，是當(dāng)前高壓和超高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要品種。但由于其工藝復(fù)雜，零件眾多，其故障率增加。彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)

利用彈簧的儲(chǔ)能使斷路器完成分、合閘操作的機(jī)械式操動(dòng)機(jī)構(gòu)。其儲(chǔ)能方式有手力和電動(dòng)儲(chǔ)能兩種。通常，采用交直兩用的電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能。優(yōu)點(diǎn)：1.操作時(shí)，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(chǔ)能系統(tǒng)是獨(dú)立的。若控制回路的電源發(fā)生故障，可以采用手力儲(chǔ)能；3.可靠性高，與氣動(dòng)和液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，能保持所儲(chǔ)的能量不損失；4.維護(hù)工作量少。缺點(diǎn)：1.與其它機(jī)構(gòu)相比需要較大的功率和能量；2.在儲(chǔ)能與合閘過程中，容易發(fā)生振動(dòng)和沖擊，因此要求機(jī)件的機(jī)械強(qiáng)度較高；3.對(duì)工藝要求高，安裝調(diào)整較困難；4.目前國內(nèi)對(duì)性能好、加工工藝要求高、制造技術(shù)難度大的碟形彈簧的生產(chǎn)還存在困難。永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)

它是電磁系統(tǒng)與永磁系統(tǒng)的完美結(jié)合。采用電磁鐵操動(dòng)，永久磁鐵鎖扣，電容器儲(chǔ)能以及電子器件控制，避免了分、合閘位置機(jī)械脫鎖扣裝置所造成的不利因素?？梢哉f，它是一種完全嶄新的操動(dòng)機(jī)構(gòu)，是操動(dòng)機(jī)構(gòu)的一次革命。最近ABB公司研制出了eVM1型配永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)真空斷路器，與VM1型相比增加了電流互感器及保護(hù)功能。將電流互感器，保護(hù)功能和控制部分綜合在一起，可以檢測(cè)開關(guān)的位置，每相過流和接地故障過流保護(hù)，可以通過RS485實(shí)現(xiàn)通信功能，并且對(duì)斷路器的一些參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置，包括通信的設(shè)置、輸入輸出的設(shè)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(jī)構(gòu)的合閘都采用的電磁操動(dòng)，按照分閘操作時(shí)的不同，可以分為電磁操動(dòng)（即雙穩(wěn)態(tài)）和彈簧操動(dòng)（即單穩(wěn)態(tài)）。雙穩(wěn)態(tài)的工作原理：當(dāng)線圈處于分合閘位置時(shí)，線圈中無電流通過，永磁鐵利用動(dòng)靜鐵心提供的低磁阻抗通道將動(dòng)鐵心保持在極限位置。當(dāng)動(dòng)作時(shí)，合閘或分閘線圈中流過電流產(chǎn)生磁場(chǎng)與永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加合成，完成分合任務(wù)。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(jī)構(gòu)合閘過程靜態(tài)特性（有勵(lì)磁電流）

單穩(wěn)態(tài)的工作原理：永磁機(jī)構(gòu)處于分合閘位置也沒有電流，靠永磁鐵的作用保持。合閘時(shí)線圈流過的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)和永磁鐵的磁場(chǎng)疊加合成，合閘過程同時(shí)為分閘彈簧充電。分閘時(shí)線圈流過相反方向的電流，產(chǎn)生的磁場(chǎng)來抵消永磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)，靠分閘彈簧釋放保證分閘速度。單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)合閘過程靜態(tài)特性（有勵(lì)磁電流）

永磁機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)的合閘特性與真空斷路器配合較好。但是在分閘時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)慣量影響剛分的提高。所以雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)在這方面不如電磁和彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。單穩(wěn)態(tài)的出現(xiàn)也正是彌補(bǔ)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(jī)構(gòu)動(dòng)鐵心所受的永磁保持力與動(dòng)鐵心位移的關(guān)系曲線

真空斷路器空載試驗(yàn)原理簡(jiǎn)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(cè)得的分閘行程曲線見上圖。圖中的X1-X2=6.3ms為動(dòng)觸頭從剛分位置到分閘位置所走行程用的時(shí)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(cè)得的合閘行程曲線見上圖。圖中的X1-X2=11.9ms為動(dòng)觸頭從分位置到剛合位置所走行程用的時(shí)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(dòng)瞬間之前的電流：合閘電流實(shí)測(cè)波形分閘電流實(shí)測(cè)波形優(yōu)點(diǎn)：1.簡(jiǎn)單可靠

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

5.時(shí)間可控性強(qiáng)缺點(diǎn)：1.成本較高2.分合閘都是電動(dòng)，沒有手動(dòng)功能3.需要電子控制，抗電磁干擾能力差

永磁機(jī)構(gòu)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(chǎng)合，特別是重合器。從制造角度看，將彈簧的機(jī)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(fèi)用問題。同時(shí)還需要有監(jiān)測(cè)手段等。永磁機(jī)構(gòu)與彈簧機(jī)構(gòu)的比較：二者各有千秋，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)并不能取代彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)制造技術(shù)成熟，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，且能配大容量（100kA）的斷路器，并在減少零件數(shù)，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高可靠性方面不斷地改進(jìn)。永磁機(jī)構(gòu)在斷路器上的應(yīng)用永磁機(jī)構(gòu)是一種用于中壓真空斷路器的電磁操動(dòng)、永磁保持的操動(dòng)裝置。其獨(dú)特之處在于由永久磁鐵實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)終端位置的保持功能，取代了傳統(tǒng)的機(jī)械脫扣和鎖扣裝置。工作時(shí)主要運(yùn)動(dòng)部件只有一個(gè)，無需機(jī)械脫、鎖扣裝置，故障源少，具有很高的可靠性。由于動(dòng)作部件很少，中間轉(zhuǎn)換和連接機(jī)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，可靠性高，可長期頻繁操作，真正做到了永久性免維護(hù)。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(jī)構(gòu)的控制方式（1）接觸器控制方式優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：對(duì)觸頭的燒損，影響壽命；響應(yīng)時(shí)間長，難實(shí)現(xiàn)時(shí)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(diǎn)：采用電力電子器件代替觸點(diǎn)開關(guān)，延長了壽命；采用電子期間使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕巧。缺點(diǎn)：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(jī)控制方式將微機(jī)技術(shù)和斷路器的控制有效地結(jié)合在一起，