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摘要：通過對實際工作經(jīng)驗的總結(jié)，論述了永磁機構傳動方式、保持力大小以及與真空斷路器匹配時確定永磁機構的合、分閘功及動作特性的原理。

關鍵詞：斷路器永磁機構特性配合

1斷路器與機構傳動方式配合

目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的永磁機構（雙穩(wěn)態(tài)）動鐵心行程（即動鐵心與磁軛之間氣隙）都比較?。ㄍǔ２淮笥?5mm），遠小于常規(guī)電磁、彈簧、液壓和空壓操動機構的行程。因此，目前它還只能配用在觸頭行程較小的中壓真空斷路器上。

如果單從滿足斷路器行程方面要求，可以通過放大傳動機構的輸出行程，滿足大行程斷路器要求。但是，目前國內(nèi)外生產(chǎn)的永磁機構的分、合閘力也較小，通常在2000～4000N，最大也不大于6000N。在將它與斷路器配用中，往往只能利用傳動機構的行程縮小、作用力放大，而不能利用行程放大、作用力縮小的功能。

12kV真空滅弧室的觸頭開距一般約為10mm，當觸頭彈簧直接設在動觸桿上，超程約3mm時，真空滅弧室要求行程（觸頭開距加超程）為13mm左右。如果選用行程為25mm的永磁機構，就需設計中間傳動機構使行程匹配，而且在設計傳動比時必須考慮行程損失因素。

40.5kV真空滅弧室觸頭要求行程約25mm（開距約20mm，超程約4.5mm），正好與行程為25mm的永磁機構相匹配，可采用操動機構與真空滅弧室動觸桿同軸連接的傳動方式。這樣不僅可以減少行程損失，而且有利于抑制合閘彈跳。

2永磁機構分、合閘狀態(tài)保持力的選擇

永磁機構結(jié)構簡單，動作可靠性高，無需合分閘位置機械保持和脫機裝置，它是由永久磁鐵產(chǎn)生的吸力使斷路器保持在分、合閘位置[1]。

真空斷路器要求一定的觸頭接觸壓力，因此，永磁機構的吸力不僅要能克服觸頭彈簧的反作用力和其他反力，而且還必須具有足夠的合閘位置有效保持力，防止受到外界可能因素作用下（機械震動、電動力等）出現(xiàn)自動誤分閘。該保持力的大小不僅決定了斷路器合閘保持性能，而且還決定了分閘功及分閘速度等重要參數(shù)。

根據(jù)試驗得出合閘有效保持力:當開斷電流為20kA及以下者，宜選擇在500～700N；開斷電流為31.5kA及以上者，宜選擇在700～1000N。

因為雙線圈永磁機構不需要裝設全行程的分閘彈簧，操動機構只需要不太大的保持力就可使斷路器可靠地保持在分閘狀態(tài)?？紤]永磁機構必須有足夠大的合閘功才能保證斷路器具有足夠的關合能力。所以，永磁機構的分閘保持力也不能太小。根據(jù)試驗得出永磁機構的分閘有效保持力宜選擇在2000～3000N。

永磁機構的永久磁鐵回路通常是按吸力要求最大的一側(cè)（合閘側(cè)）設計的，而另一側(cè)必須采取減小其吸力的措施，在動鐵心與磁軛吸合面之間加隔磁片及減小其有效吸合面積；在分閘側(cè)裝設短程彈簧抵消一部分分閘保持力，才能同時滿足斷路器分、合閘的特性要求。

3斷路器與永磁機構分、合閘功的選配

配用永磁機構的真空斷路器所需要的合閘功如圖1中的oabcde陰影部分面積。從合閘起始位置至觸頭剛閉合位置所需要的合閘力較小，一旦觸頭彈簧開始壓縮，所需要的合閘力突然增大。abcd是斷路器需要的合閘力特性。

它所輸出的合閘功如圖1中的ofge陰影部分面積；曲線A為機構永久磁鐵產(chǎn)生的合閘力，B為合閘電磁鐵產(chǎn)生的合閘力，C為A和B兩方面力合成后的總合閘力輸出特性。

真空斷路器與永磁機構兩者理想的合閘配合，不僅要求C始終高于abcd曲線，而且還要求ofge的面積適當大于oabcde的面積。

配用永磁機構的真空斷路器所需要的分閘功為圖2中oabc陰影部分的面積，它主要由斷路器可動部分質(zhì)量和真空滅弧室觸頭額定反力所構成，呈均勻上升分閘力曲線，如圖2中的ab曲線。釋放出的分閘功如圖2中的ofgh的陰影部分面積。

永磁機構分閘操作時輸出的分閘功如圖2中的odec陰影部分面積。曲線A為觸頭彈簧產(chǎn)生的分閘力，曲線B為操動機構永久磁鐵產(chǎn)生的分閘力，曲線C為分閘電磁鐵產(chǎn)生的分閘力，D是A、B、C合成后的總分閘力輸出特性曲線。

真空斷路器與永磁機構兩者理想的分閘配合，不僅要求曲線D能夠始終高于曲線ab，使斷路器能夠完成分閘操作，而且還要求odec面積適當大于oabc面積。

4如何獲得理想的分、合閘速度特性

永磁機構驅(qū)動真空斷路器進行分、合閘操作的工作原理如圖3所示。分閘或者合閘線圈從a點開始通電，線圈中電流經(jīng)激磁時間t上升到最大值，b點為操動機構動鐵心開始運動，驅(qū)動斷路器分閘或者合閘，線圈中電流下降到c點，斷路器分閘或者合閘終了，線圈中電流又開始上升，直至電源被切斷，斷路器完成分閘或者合閘操作。

試驗表明，當操動機構的分閘或者合閘電磁鐵回路結(jié)構、尺寸和形狀，磁回路工作氣隙，線圈的安匝數(shù)確定后，電流上升陡度已確定，電流i值就取決于激磁時間t的長短，激磁時間愈長，電流愈大，操動機構輸出的分閘或者合閘功就愈大，斷路器的分閘或者合閘速度也愈快，反之亦然。同時，斷路器處于合閘或分閘狀態(tài)時永磁機構必須提供合適的有效保持力。在通常情況下，有效保持力愈大，激磁時間愈長，電流也愈大。

由于在分閘靜態(tài)位置的有效保持力總是要比在合閘靜態(tài)位置的有效保持力大得多（因為觸頭彈簧壓力抵消了大部分合閘側(cè)自保持力），如果不采取措施，斷路器的合閘速度會偏大。

根據(jù)實際工作經(jīng)驗，獲得理想的分、合閘速度特性（不僅分、合閘速度在規(guī)定值，而且分閘速度不會出現(xiàn)明顯的馬鞍形）具有很大難度。采取措施后才能獲得相對理想的分、合閘速度特性（分閘速度仍有點呈馬鞍形）。

提高永磁操動機構的分閘輸出功是一個難以解決的問題，目前也只有將額定短路開斷電流較大的真空斷路器，每相配一臺操動機構，解決提高永磁機構分閘輸出功而不使外形尺寸增大的難題，但這毫無疑問使得斷路器結(jié)構復雜、調(diào)試困難和產(chǎn)品成本增加。

斷路器傳動部件（包括傳動桿、觸頭彈簧裝配、導電夾、真空滅弧室可動部分等）的質(zhì)量大小，對斷路器分、合閘速度都有不同程度影響，在分、合閘操作過程中可動部件的慣性明顯地起到了阻止運動的作用，即不管對分閘還是對合閘都起負作用。因此，在設計傳動部件時應盡量優(yōu)化結(jié)構和減輕部件質(zhì)量。

電源電壓的降低對斷路器的分、合閘速度影響遠小于常規(guī)電磁操動機構，這是由于永磁機構在操作過程中，當電流未上升到一定值，電磁力尚未克服永久磁鐵產(chǎn)生的有效保持力時，操動機構的動鐵心根本不會運動。因此，電源電壓雖然降低了，但只會使激磁時間延長，而不會使電流明顯減小，操動機構輸出的分閘或者合閘功不會明顯減小。

例如，對某型真空斷路器進行低電壓操作試驗，當電源電壓降低至額定電壓的80%時，斷路器速度下降小于10%，電源電壓降低至額定電壓65%時，斷路器速度下降小于20%。

分閘速度出現(xiàn)嚴重馬鞍形，除了前述原因外，還與斷路器不裝設全行程的分閘彈簧有關。斷路器在分閘過程中，當觸頭彈簧釋放結(jié)束后，操動機構的動鐵心又尚未越過中間位置，永久磁鐵回路的吸力仍是指向合閘方向，阻止鐵心分閘運動，此時分閘速度就會明顯下降；當動鐵心越過中間位置，磁鐵吸力指向分閘方向，使鐵心加速分閘，分閘速度上升。

圖4是當ZW□-40.5/2000-31.5斷路器的觸頭彈簧超程調(diào)整在3mm（彈簧終壓力為3200N）時測得的分閘速度特性。盡管斷路器全開距內(nèi)平均速度符合技術條件要求，但在6～9mm行程段（相當于操動機構可動鐵心行程處在9～12mm行程段）內(nèi)速度明顯下降，從10mm開始速度明顯上升（相當于操動機構可動鐵心行程13mm），分閘速度呈現(xiàn)嚴重的馬鞍形，顯然這對斷路器開斷性能不利。

圖5是當ZW□-40.5/2000-3.15斷路器的觸頭彈簧超程調(diào)整到4.5mm時（彈簧的終壓力仍為3200N）的分閘速度特性，分閘速度的馬鞍形明顯減小，說明在一定條件下適當增大觸頭彈簧超程可以有效地調(diào)整分閘速度特性。

當觸頭彈簧超程為3mm與4.5mm，它們對分閘所做的功顯然不一樣，后者所做的功要比前者所做的功大40%，使運動部分獲得更高的運動能量，正好使斷路器在分閘過程6～9mm開距段的分閘功不足得到了彌補，速度不再明顯下降。但必須指出，斷路器的觸頭彈簧超程也不能設計太大，否則永磁操動機構輸出的行程就滿足不了真空斷路器觸頭開距的要求。原則上超程占到操動機構動鐵心行程的20%左右為宜，當鐵心行程為25mm，并采取直動式傳動觸頭，超程在4.5±0.5mm為好。

試驗結(jié)果說明，適當增大超程不僅可以減小斷路器在分閘過程中速度的下降幅度，而且有利于減小合閘沖擊力。

5真空斷路器分、合閘時間的確定

配用永磁機構的真空斷路器分閘時間通?？蛇_到30ms（激磁時間25ms加觸頭超程運動時間5ms）左右，從12～40.5kV配電網(wǎng)絡要求出發(fā)，無需斷路器具有這么短的分閘時間，通常具有50ms分閘時間就足夠了。

當斷路器分閘時間偏短時，很難在斷路器或操動機構上采取延長分閘時間的措施，通常只有在分閘操作回路出口處增裝延時繼電器，使斷路器分閘時間延長到50ms左右，斷路器的合閘時間通常在40～45ms（激磁時間30～35ms加觸頭開距運動時間15～20ms）。12～40.5kV中壓斷路器具有這么短的合閘時間也是少見的。合閘時間短一些對斷路器和電力系統(tǒng)都沒有什么負面作用，無需采取措施將其延長。

電源電壓的降低對斷路器的分、合閘時間影響很大，因為電源電壓低，激磁時間就長。例如，

ZW□-12/630-20真空斷路器，額定電壓操作時分、合閘時間分別為30ms和48ms；當分閘電壓為額定電壓的65%時，分閘時間增長到40ms；當合閘電壓為額定電壓80%時，合閘時間增長到64ms。因此，在測試斷路器分、合閘時間時必須采用額定電壓。

6斷路器的分、合閘緩沖性能

由于分、合閘操作過程中末速度都比較大（參見圖4和圖5），機械沖擊力很大，對斷路器的機械壽命極為不利。

（1）分閘緩沖裝置最好是直接設置在動鐵心頂桿與基座箱之間，不僅結(jié)構簡單、而且緩沖效果好。緩沖裝置可采用碟形彈簧組成，操動機構處在分閘靜態(tài)位置，碟形彈簧壓縮約1mm，終壓力可選擇在800～1000N。碟形彈簧的終壓力反作用到動鐵心上，一方面使操動機構分閘保持力減小，另一方面在分閘接近終了位置吸收剩余動能，起到緩沖作用。

（2）真空斷路器的觸頭彈簧在合閘過程中可以起到緩沖作用，只要觸頭彈簧參數(shù)設計合理，無需另外裝設合閘緩沖裝置。

參考文獻:

[1]游一民，鄭軍，羅文科.永磁機構及其發(fā)展的動態(tài)[J].高壓電器，2001，37（1）:44-47.