真空斷路器在電力系統(tǒng)中的使用越來越廣泛，對(duì)高可靠性斷路器的研究也越來越深入。不斷發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能控制技術(shù)和永磁技術(shù)，為這項(xiàng)研究提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。隨之出現(xiàn)的永磁操作機(jī)構(gòu)，則對(duì)研究理念帶來了巨大沖擊。

電力系統(tǒng)對(duì)開關(guān)設(shè)備的要求

高可靠性電力系統(tǒng)對(duì)開關(guān)設(shè)備有一個(gè)綜合性、全方面、系統(tǒng)化的要求，其核心就是提高設(shè)備的運(yùn)行安全和動(dòng)作的可靠性。它包括開斷性能的高可靠性、機(jī)械操作性能的高可靠性、絕緣性能的高可靠性、環(huán)境耐受能力的高可靠性和二次控制部分的高可靠性。

提高安全性能可以通過加強(qiáng)滅弧系統(tǒng)能力和絕緣水平、改善運(yùn)行環(huán)境或防護(hù)等級(jí)和對(duì)二次部分的冗余保護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，而提高機(jī)構(gòu)的動(dòng)作可靠性則較難解決。機(jī)構(gòu)的可靠性不僅涉及機(jī)械學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)、電工學(xué)、電磁學(xué)等領(lǐng)域，而且涉及環(huán)境溫度、濕度、氣體腐蝕等因素。根據(jù)概率論原理，機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單則可靠性就越高，所以，簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)就成為一個(gè)可能方向。永磁操作機(jī)構(gòu)就因其簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)而具有較多優(yōu)勢(shì)。

嚴(yán)格講，“永磁操作機(jī)構(gòu)”應(yīng)該稱為“永磁保持的電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)”。它通過減少整體部件或移動(dòng)部件數(shù)量，縮小了體積，增加了可靠性，通常只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)部件，故障源少，機(jī)械壽命可輕易達(dá)到3萬~10萬次；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件數(shù)量不足傳統(tǒng)彈簧操作機(jī)構(gòu)的40％，通過對(duì)機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)了操作機(jī)構(gòu)的免維護(hù)；利用電磁性能實(shí)現(xiàn)脫、鎖扣功能，從結(jié)構(gòu)上消除了故障頻率高的機(jī)械脫、鎖扣裝置。此外，永磁機(jī)構(gòu)的合閘特性（出力特性）與真空滅弧室的反力特性達(dá)到近乎完美的匹配，這也是永磁機(jī)構(gòu)能迅速占領(lǐng)真空開關(guān)領(lǐng)域的重要原因。:高壓開關(guān)網(wǎng)

永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器工作原理

由于永磁機(jī)構(gòu)相對(duì)于彈簧機(jī)構(gòu)已經(jīng)簡(jiǎn)化很多，它的控制部分就相對(duì)復(fù)雜。提高控制部分的可靠性，就必須解決好以下幾方面問題：

1.控制回路（或電氣回路）的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，主要應(yīng)決定控制器的控制方式及保護(hù)功能、自測(cè)、邏輯判斷和運(yùn)算速度、大功率電子元器件的控制方式（mosfet或igbt）、輸入輸出型式等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)及實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的方式。

2.元器件的篩選，重點(diǎn)要控制好核心控制單元、電源模塊、大容量?jī)?chǔ)能電容、功率轉(zhuǎn)換模塊、輸出執(zhí)行元件、蓄電池、位置判別元件等關(guān)鍵元件的質(zhì)量。

3.控制回路（或電氣回路）的整體抗干擾性能，包括抗脈沖干擾（共模和差模）、抗靜電放電干擾、抗輻射電磁場(chǎng)干擾、抗快速瞬變干擾、抗傳導(dǎo)電磁場(chǎng)干擾和抗浪涌能力。

4.控制回路（或電氣回路）的整體抗震性能，包括抗機(jī)械震動(dòng)能力、抗電氣震蕩能力、防雷、避雷能力等。

永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器集微機(jī)處理技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和新型開關(guān)制造技術(shù)于一體，主要技術(shù)參數(shù)包括：戶內(nèi)永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器可達(dá)到額定電流3150安，短路開斷電流達(dá)到40千安，滿容量短路開斷次數(shù)50次，機(jī)械壽命3萬~10萬次；戶外永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器可達(dá)到額定電流1250安，短路開斷電流達(dá)到25千安，滿容量短路開斷次數(shù)50次，機(jī)械壽命3萬~6萬次。

永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器的優(yōu)勢(shì)

永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器與真空滅弧室能良好配合，體積小、重量輕，不僅便于安裝，而且可為用戶節(jié)約大量的構(gòu)架費(fèi)和安裝費(fèi)。控制單元緊湊，可以通過無線遙控器，實(shí)現(xiàn)在100米范圍內(nèi)控制開關(guān)的分合，功能擴(kuò)展方便，操作方式靈活，易于實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化。永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器具備了彈簧機(jī)構(gòu)真空斷路器的一切功能。同時(shí)，它還能設(shè)計(jì)出全新的同步開關(guān)（選相開關(guān)），有效乃至徹底解決彈簧機(jī)構(gòu)真空斷路器無法解決的問題。

解決真空斷路器投切大容量電容器組時(shí)產(chǎn)生的操作過電壓和涌流問題。由于電容器組負(fù)載的特殊性，投切電容器組時(shí)會(huì)不可避免地產(chǎn)生操作過電壓和在不同相位角下的合閘涌流。操作過電壓所帶來的直接后果就是引起過電壓擊穿和重燃；而合閘涌流最高能達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的4倍以上，并且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)電氣設(shè)備的危害非常大。永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器一方面因?yàn)楹祥l彈跳的減小（可以很容易控制在0.1毫秒甚至更短的時(shí)間內(nèi)），合閘沖擊力大幅減小，這樣使得投切大容量電容器組時(shí)重燃的幾率大幅下降，減少了電弧對(duì)觸頭的燒損，有效解決重燃的問題；另一方面，完全可以通過控制器控制，在電壓為零時(shí)投入電容器，在電流為零時(shí)切開電容器，從根本上解決投切大容量電容器組易產(chǎn)生的操作過電壓和涌流的問題，從而提高真空滅弧室和永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器的整體機(jī)械和電氣壽命。

解決真空斷路器關(guān)合大容量空載變壓器時(shí)產(chǎn)生的合閘涌流問題。隨著電網(wǎng)中的變壓器容量的不斷增加，原本不明顯的關(guān)合空載變壓器時(shí)產(chǎn)生的合閘涌流問題會(huì)變得很突出。變壓器在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流一般只有額定電流的2％~10％，但在電源接通的瞬間（合閘時(shí)），勵(lì)磁電流會(huì)達(dá)到很大，而且頻率也很高，這樣就形成了合閘涌流。在中、小容量的變壓器中，由于這種涌流的總量不是很大，因此對(duì)變壓器的沖擊影響也較小；但對(duì)大容量的變壓器，如果正趕上相位角為0°時(shí)操作，產(chǎn)生的涌流則能達(dá)到額定電流的10倍以上，對(duì)變壓器造成嚴(yán)重?fù)p害。利用同步開關(guān)的優(yōu)勢(shì)，可以將合閘點(diǎn)控制在90°或270°附近，從而使合閘涌流大大降低，保證變壓器的運(yùn)行安全，提高變壓器的使用壽命。

解決真空斷路器關(guān)合空載線路產(chǎn)生的操作過電壓的問題。在不同的電壓相位關(guān)合時(shí)，空載線路所產(chǎn)生的操作過電壓差異很大。其中，在相位角為90°時(shí)達(dá)到峰值，產(chǎn)生的過電壓能達(dá)到運(yùn)行時(shí)穩(wěn)態(tài)值的2倍以上，可以引起線路絕緣能力下降，導(dǎo)致局部放電加劇，甚至危及整個(gè)輸電線路的安全。利用同步開關(guān)的優(yōu)勢(shì)，可以將合閘點(diǎn)控制在0°或180°附近，從而使關(guān)合操作過電壓大大降低，提高線路的運(yùn)行安全水平。

結(jié)合計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在電流或電壓過零點(diǎn)時(shí)投、切斷路器。在這種情況下，不產(chǎn)生或稍產(chǎn)生一點(diǎn)電弧。因此，也就不用考慮如何滅弧了。這樣所帶來的突出好處是：對(duì)設(shè)備和電網(wǎng)的沖擊小，有利于設(shè)備和電網(wǎng)的安全運(yùn)行；因?yàn)闆]有或很少的電弧產(chǎn)生，使得開斷性能大幅提高，或在同樣容量條件下，使開關(guān)設(shè)備的體積大幅減小，減少材料的消耗，在降低成本的同時(shí)，提高了環(huán)保性能；可以大幅縮減滅弧材料和滅弧結(jié)構(gòu)，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高設(shè)備的可靠性。永磁技術(shù)和永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展，其可靠性又有了大幅提高，已基本達(dá)到免維護(hù)、智能化的要求。它所顯現(xiàn)出來的眾多優(yōu)勢(shì)，已決定了它是替代傳統(tǒng)彈簧操作機(jī)構(gòu)真空斷路器的最佳產(chǎn)品之一，該產(chǎn)品完全能夠滿足電力系統(tǒng)的高可靠性要求。永磁技術(shù)及永磁機(jī)構(gòu)在高電壓等級(jí)的斷路器中，也必將有著廣闊的發(fā)展前景。

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