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1、前言智能选相工作原理智能选相的工作原理以断路器选择在0°合闸为例。图1描述了选择系统电压初相角为0°时进行选相合闸的动作过程。其中,Tt为目标合闸时间;Td为延迟时间;Tc为断路器的合闸时间。断路器在接到合闸指令后,计算出距离指定合闸相角的合闸时间Tc和延迟时间Td,在经过Td的延迟时间后启动断路器的操动机构进行合闸操作,使触头在指定相位合闸。电压合闸指令触点闭合合闸信号Tc图1永磁机构永磁操作机构技术是本世纪初的最新技术。1992年前后英国开始将永磁操动技术在工业上应用。1998年在德国汉诺威博览会上配备永磁操作机构的真空断路器样品首次亮相,引起了电器行业各制造公
2、司的极大重视。它所配备的永磁操作机构是一种双稳态双线圈结构,采用电容器作为放电元件,可用在10kV系统的产品上。永磁操作机构的工作原理和结构设计,是通过将电磁铁和永磁铁相结合,实现传统断路器操作机构的全部功能,无需机械脱、锁扣装置,即可实现机构终端位置的保持功能,因此它是一种全新的技术。永磁机构实现了应用控制器来控制断路器的分合闸相位,完成同步关合的控制,减少过电压和涌流对系统的冲击,实现了智能化。永磁机构故障源少,具有较高的可靠性和一般长达十万次的使用寿命,并可实现免维护运行,提高了系统的整体长寿命。因此永磁操作机构成为智能选相真空断路器的必然选择。单稳态永磁机构
3、的原理是当机构处于合闸位时,线圈中无电流通过,由永磁作用使动铁心保持在上端,分闸弹簧受压为分闸储能。分闸时,在操作线圈中通以特定方向的电流,该电流在动铁心上产生与永磁体磁场相反的磁场,使动铁心受到的磁吸力减小,当动铁心受到的向下力和弹簧压力大于静态保持力时,动铁心向下运动,实现分闸。当处于分闸位置(如图3B所示),在操作线圈中通以与分闸操作相反的电流,由此产生的电磁吸力带动动铁心及动触头完成合闸动作,并使弹簧储能。由此可以看出单稳态永磁机构仅在合闸位置由永磁保持,分闸位置由弹簧保持。单稳态永磁机构的工作特点：(1)单稳态永磁操作机构的结构。在机构中设置有分闸弹簧,合
4、闸状态靠磁力保持,分闸状态靠分闸弹簧。分合闸采用同一个单线圈,通过给线圈不同方向电流来实现分合闸操作。单稳态永磁机构在分闸中,是靠释放分闸弹簧和触头弹簧的能量来完成的,可通过调整分闸弹簧,来调整分闸特性;又因为分闸弹簧的输出特性与断路器所要求的速度特性相一致,即具有较高的刚分速度。(2)单稳态永磁操作机构的分合闸速度特性。单稳态永磁机构与弹簧机构较为相似,刚分点前加速,刚分点后减速,通过合理设计弹簧参数,既可以做到提高刚分速度,又可以减小分闸末速度,得到较为理想的分闸速度特性。同时合闸时通过调整电参数使合闸弹跳减到最小。采用的永磁保持、电磁合闸和弹簧分闸的单稳态永磁
5、操作机构,与断路器操动技术是较为完美的组合。(3)单稳态永磁操作机构具有良好的可控性。由分合闸线圈的励磁电流产生的磁场直接驱动动铁心,动铁心垂直,与断路器的主轴直接相连,中间传递部件很少,具有良好的可控性,为断路器实现智能化控制创造了条件。(4)单稳态永磁操作机构的低能耗。单稳态永磁操作机构的一个分合闸循环的能耗明显低于双稳态的永磁机构。单稳态在分闸时利用弹簧力几乎不耗电,双稳态在分闸时则需要较大的电流。另外在有重合闸的情况下,单稳态机构可以保证重合闸时的选相精度,双稳态机构却难以保证实现。(5)单稳态永磁操作机构的可靠性高。机构零件数量仅二十一个,运动部件只有一个
6、动铁心,机械故障的概率大为降低,机械寿命和可靠性大大提高。(6)单稳态永磁机构的小型化和免维护。单稳态永磁机构的分、合闸过程共用一个操作线圈,结构简单、体积小,更有利于操动机构和真空断路器设备的小型化和免维护。关于永磁机构的优缺点：优点：(l)永磁机构结构简单，零部件数量少，比弹簧操动机构和电磁操动机构结构都要简单，永磁机构的零部件只有弹簧操动机构的40%左右。若采用永磁机构可大大减少操动机构的维护量。(2)永磁机构分合闸时间短，而且稳定，合分闸时间的分散性可以控制在土1ms内，为同步开关的研发，从而实现消除电容器和变压器的合闸涌流，提高断路器的开断能力具有重大的意
7、义。(3)永磁机构不需要大的直流电源，它可以通过储能电容或用小功率交流电源即可操作，而电磁操动机构合闸操作需要22OV、looA以上，甚至更大的直流电流，从而降低了操作电源的投人费用和维护费用。缺点：(l)永磁体的吸力在分闸过程中起着阻碍分闸的作用，对提高分闸速度不利，在这方面永磁机构较弹簧操动机构或电磁操动机构差。(2)价格较高。在经济不发达地区，使用真空断路器配弹簧操动机构或电磁操动机构无疑更经济。总体方案设计开关输入量信号调理互感器A/D转换电压跟随器DSP(TMS320F28120)光电隔离驱动电路永磁机构永磁机构智能控制装置包括4个部分：直流电源控制，
