真空斷路器在電力系統中的使用越來越廣泛,對高可靠性斷路器的研究也越來越深入。不斷發展的計算機技術、智能控制技術和永磁技術,為這項研究提供了強大的技術支撐。隨之出現的永磁操作機構,則對研究理念帶來了巨大沖擊。
電力系統對開關設備的要求
高可靠性電力系統對開關設備有一個綜合性、全方面、系統化的要求,其核心就是提高設備的運行安全和動作的可靠性。它包括開斷性能的高可靠性、機械操作性能的高可靠性、絕緣性能的高可靠性、環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滅弧系統能力和絕緣水平、改善運行環境或防護等級和對二次部分的冗余保護設計實現,而提高機構的動作可靠性則較難解決。機構的可靠性不僅涉及機械學、力學、材料學、電工學、電磁學等領域,而且涉及環境溫度、濕度、氣體腐蝕等因素。根據概率論原理,機構的結構越簡單則可靠性就越高,所以,簡化機構的結構就成為一個可能方向。永磁操作機構就因其簡化的結構而具有較多優勢。
嚴格講,“永磁操作機構”應該稱為“永磁保持的電磁操動機構”。它通過減少整體部件或移動部件數量,縮小了體積,增加了可靠性,通常只有一個運動部件,故障源少,機械壽命可輕易達到3萬~10萬次;結構簡單,零部件數量不足傳統彈簧操作機構的40%,通過對機構的簡化實現了操作機構的免維護;利用電磁性能實現脫、鎖扣功能,從結構上消除了故障頻率高的機械脫、鎖扣裝置。此外,永磁機構的合閘特性(出力特性)與真空滅弧室的反力特性達到近乎完美的匹配,這也是永磁機構能迅速占領真空開關領域的重要原因。
永磁機構真空斷路器工作原理
由于永磁機構相對于彈簧機構已經簡化很多,它的控制部分就相對復雜。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)的設計與優化,主要應決定控制器的控制方式及保護功能、自測、邏輯判斷和運算速度、大功率電子元器件的控制方式(MOSFET或IGBT)、輸入輸出型式等關鍵技術指標及實現指標的方式。
2. 元器件的篩選,重點要控制好核心控制單元、電源模塊、大容量儲能電容、功率轉換模塊、輸出執行元件、蓄電池、位置判別元件等關鍵元件的質量。
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、抗輻射電磁場干擾、抗快速瞬變干擾、抗傳導電磁場干擾和抗浪涌能力。
4.控制回路(或電氣回路)的整體抗震性能,包括抗機械震動能力、抗電氣震蕩能力、防雷、避雷能力等。
永磁機構真空斷路器集微機處理技術、現代網絡通信技術和新型開關制造技術于一體,主要技術參數包括:戶內永磁機構真空斷路器可達到額定電流3150安,短路開斷電流達到40千安,滿容量短路開斷次數50次,機械壽命3萬~10萬次;戶外永磁機構真空斷路器可達到額定電流1250安,短路開斷電流達到25千安,滿容量短路開斷次數50次,機械壽命3萬~6萬次。
永磁機構真空斷路器的優勢
永磁機構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,而且可為用戶節約大量的構架費和安裝費。控制單元緊湊,可以通過無線遙控器,實現在100米范圍內控制開關的分合,功能擴展方便,操作方式靈活,易于實現配電自動化。永磁機構真空斷路器具備了彈簧機構真空斷路器的一切功能。同時,它還能設計出全新的同步開關(選相開關),有效乃至徹底解決彈簧機構真空斷路器無法解決的問題。