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中压真空断路器两种常用操动机构的比较.doc

中压真空断路器两种常用操动机构的比较   〔摘要〕 说明操动机构在断路器中的地位及要求,介绍各种操动机构在断路器中的应用情况,着重比较了中压真空断路器两种常用操动机构----弹簧操动机构和永磁操动机构。   〔关键词〕真空断路器 弹簧操动机构 永磁操动机构   1 引言   操动机构作为输配电设备的一个部件,其重要性往往被忽视,但它却在断路器中占有重要作用。它不但要保证断路器长期工作可靠性,而且要满足灭弧特性对操动机构的要求。断路器的分合闸所需时间或速度必须满足其开断和关合要求,以便通过快速切除故障而不使故障扩大,保持电力系统的稳定,并可减轻设备、线路、绝缘等的损伤,这就需要机构具有较好的机械特性。   2 操动机构的应用范围   几种操动机构的应用情况如附表所列。   3 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。然而弹簧操动机构也存在以下缺点: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。因此真空断路器的反力特性在触头接触瞬间有一大幅度的正向突变,12kV真空断路器合闸终了时的触头反力常常超过10kN.而真空断路器所要求的平均合闸速度并不大,因为合闸速度太高容易引起触头合闸弹跳,是不希望的,因此合闸速度一般为0.6~0.8m/s。分闸时要求操动机构不给运动系统附加更多的运动惯量,以提高分闸初始加速度(或刚分速度)。   弹簧操动机构是依靠弹簧储存能量的释放使断路器合闸的。弹簧释能时总是一开始时出力大,以后逐渐减小。这与真空断路器的反力特性正好相反。为了使其与真空断路器合闸时的反力特性相匹配,通常要通过凸轮和连杆的转换。经过凸轮轮廓曲线合理设计和连杆适当配置,弹簧操动机构的出力完全能与真空断路器的反力特性很好匹配。   永磁机构在合闸过程中,随着动铁心的运动、空气间隙减小、吸力增大,动静铁心吸合时可产生很大的吸力,在合闸的最后阶段,由于永磁铁的吸力,使吸合力上升得更快。在分闸特性方面因动铁心参与分闸运动,使分闸时运动系统的运动惯量明显增大,对提高刚分速度很不利。此外,永磁铁的吸力在分闸过程中也起着阻碍作用,也对提高速度不利。在此方面,永磁机构不如弹簧机构。   永磁机构及弹簧机构的力----行程特性见图3。   3.2.2合、分闸操作分散性   为了实现选相操作,断路器的操动机构性能要稳定,才能减少操作分散性,取得准确合闸和分闸相位。每次合、分闸时间误差必须在土0.5ms以内。   断路器操动机构是一种典型的双稳态操动机构,即操动机构具有将触头从合闸位置运动到分闸位置,或从分闸位置运动到合闸位置的功能。多年来一直使用弹簧和凸轮组成的弹簧操动机构,这种操动机构具有较高可靠性,但是由于弹簧不可控及有较多传动零部件,因而分散性较大,电磁操动的操动机构与传统弹簧操动机构相比,在可靠性、耐用性与动作时间准确性方面具有更好性能。由电力电子器件控制的、一种特殊设计的、结合带永磁的电磁

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