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智能型永磁机构真空断路器的应用2010-4-1710:42:00来源:作者:智能型永磁机构真空断路器是在上世纪90年代末吸取国际上先进的真空断路器技术而研制成功的新一代真空断路器,具有体积小、重量轻、结构简单、操作可靠、少维护、价格适中、使用寿命长等显著优点。邯钢动力公司在烧结厂、三钢厂、20000m3/h制氧站使用该开关4年多,运行平稳,安全可靠,受到操作者及维护人员的好评。1智能一体化永磁机构真空断路器的结构从图1可看出,主回路部分采用固封极柱结构,防污秽能力强,可消除灰尘和潮气对灭弧室的影响。操作机构采用体积小、磁效大、功耗低、寿命长的永磁机构。具备快速手动分闸装置,打开操作孔就可操作。面板布置:1、手动分闸操作孔,2、计数器指示,3、分、合闸位置指示等。由于分、合闸控制采用位置传感器来进行控制,具有无电弧、无机械磨损等特点。可带负荷频繁操作,不受环境条件限制。配智能型脱扣装置,可实现过流短路、接地、欠压等保护功能。采用永磁控制器来进行控制操作,主开关元件采用具有较高电压电流裕量的IGBT,控制器具有自动检测功能,对于装置内部故障和开关本体故障能够实时检测并及时告警和封锁开关操作等功能。可以方便的同测控及保护装置连接,组成智能开关系统。并具有通讯功能。2智能一体化永磁机构真空断路器保证运行可靠2.1手动能可靠分闸永磁真空产品机构上均有一个可靠的手动分闸装置,在紧急的情况下可手动分闸,手分速度可完全满足技术要求,具备分断短路电流的能力。2.2合闸控制系统出现故障时能够合闸也就是说当合闸控制系统出现故障,而这时必须要合闸的情况下(这种情况是非常少的),这时候有两种情况,一种是操作电源也没有了,另一种是还有操作电源,这时候,在有操作电源的情况下,可直接将电源加到合闸线圈的两端(该线圈两端已经引到端子上)可用50A直流接触器操作,通电就可直接合闸;在没有操作电源的情况下,可用厂家提供的手提电源箱,该电源箱在一次性充满电的情况下可进行30次的分、合闸循环操作,只要将它与端子上引出的合闸线圈两端相接,直接可进行合闸操作,由于手提电源箱带有继电保护接口,所以不会失去继电保护。2.3电磁线圈不易烧损在原来弹簧机构和电磁操作机构中,由于辅助开关的击穿或机构的卡滞等原因造成分、合闸线圈长时间的通电,使得分、合闸线圈烧损经常发生。现采取的措施是两个线圈前均加有一个长延时保护直流空气开关,能可靠的保护线圈,使得分、合闸线圈不可能长期通电。控制过程上给出了两个条件,一是在固定分合闸时间内检测到位置信号,经短延时断开电源;二是没检测到位置信号,到达固定分合闸时间断开电源并报警输出故障信号,这样就可避免上述故障,提高了可靠性。2.4可靠的永磁控制器控制回路的发展经历了从普通继电器控制方式向大功率电力电子器件控制方式转变的过程。普通继电器控制方式采用直流继电器控制分合闸线圈,来达到控制开关分合闸的目的。继电器控制方式存在体积大、寿命短、延迟时间长、接点粘连等问题,因此其使用受到了很大的限制。永磁控制器采用大功率电力电子器件IGBT开关管。该方式采用单片机的设计方案,因此其具有以下优点:体积小、功能强大、延迟时间短、寿命长等。基于上述优点该类型的永磁控制器获得了较为广泛的应用。2.5不易失磁的永磁材料永磁机构的永磁材料采用的是釹铁硼,经过近10年的发展和经验,其寿命可达到10万次以上还保持良好的磁性。可靠稳定的性能确保了永磁机构的安全,促进了真空开关的发展。3永磁机构与弹簧机构的比较真空断路器的驱动机构,从最初的电磁操动机构发展到现在广泛应用的弹簧操动机构,带动了真空断路器的发展。永磁机构的出现是断路器机构的一次重大突破。弹簧机构利用交直电动机对弹簧进行预储能,利用弹簧能进行分合闸操作,从而对电源要求低,交直流均可操作,电源丢失后仍可以完成一个和分循环,因此得到广泛的应用。但弹簧机构(如图4)有其自身不可克服的缺点:零部件数量多、要求加工精度高、制造工艺复杂、成本高、产品可靠性不易保证。限制了真空开关向电气寿命免维护等要求更高的方向发展。永磁机构(如图3)特点是:零部件数量少、电磁操作、永磁保持。动作过程简单、无缓冲器、储能装置、分闸弹簧脱扣器、分合闸挚子等。机构零部件比弹簧机构减少80%以上,大大降低了故障率,可直接用标准电压(DC110/220V)进行操作,基本可以达到免维护,为高参数真空开关开辟了一条新的路径。据统计2004年~2007年,邯钢动力厂使用的永磁机构真空开关,在机构上没有发生一起故障,而弹簧机构的真空开关机构部分就发生了5次故障,影响公司生产累计20h,造成了巨大的经济损失。4结论智能型永磁机构真空断路器以永磁机构为基础采用电磁操作、永磁保持的方式,元件极少,动作过程简单,从而保证运行中的可靠性,降低了故障率,达到免调试、少维护,受到操作者及维护人员的好评,便于推广应用。还谈永磁机构问题1前言笔者在本刊2006第1期发表题为《再谈永磁机构问题》的文章,而在本刊2006第2期上有作者发表《我看永磁机构断路器的是与非》(以下简称《我看》)的文章,提出永磁机构的不足之处,就此笔者还想谈一下永磁机构及有关问题。2对如下几个问题的看法2.1关于手动分闸问题有些《产品样本》中提出:如果分闸控制系统出现故障不能分闸时,则加装手动分闸装置(非人力分闸)进行手动分闸,《我看》一文中提到该公司产品也有手动分闸功能。该公司产品ISM型真空断路器配用单稳态永磁机构,并组装成直动式,内装有触头弹簧及分闸弹簧。在正常情况下进行分闸时,给一反向电流产生磁通进行消磁则在分闸弹簧和触头弹簧力的作用下分闸o手动分闸是否进行补充型式试验,如果进行试验应提供试验报告,否则进行补充型式试验。国内外的开关行业在技术面前是人人平等的,对产品的要求也是国内外一样,对国外产品不能例外,要防止有缺陷的产品流入我国市场。2.2关于手动合闸问题既然有可能分闸系统出现故障不能分闸,则加装了手动分闸装置那分合闸控制系统也有可能出现故障合不上闸,而且笔者在前文己谈了出现合闸装控制系统失灵不能合闸所以笔者认为也应当装有手动合闸装置(非人力合闸)。《我看》一文介绍ISM型真空断路器时只提到有手动分闸功能但没有提到是否配有手动合闸装置,只是在文章中提出可装有UPS电源的建议,笔者认为只加装UPS电源可能会有如下问题。(1)需要外加辅助电源并还需要有监视电压的电压表。(2)当合闸于永久性故障(如带地线合闸)时,继电保护动作,给分闸命令,这时仍有合闸命令存在,但只响应分闸命令故将合闸命令封闭断路器分闸o如果合闸控制系统出现故障合不上闸,用UPS电源,而且合闸于永久性故障时继电保护动作给分闸命令,因仍有合闸命令存在所以断路器不能分闸,势必使上一级分闸造成扩大事故。由此可见,只用UPS电源不能满足要求,与弹簧机构相比仍有不足之处。2.3防跳问题防止跳跃定义:当合闸于永久性故障电路时继电保护动作,断路器分闸,虽然合闸命令没有解除,但断路器不能再次合闸。《我看》一文中介绍ISM型真空断路器具有防跳功能,而且其他厂生产真空断路器配用永磁机构的《产品样本》中也说有防跳功能,笔者认为则不然。实际上合闸于永久性故障时继电保护动作,给分闸命令,虽然合闸命令仍然存在,但只响应分闸命令则将合闸命令闭锁使断路器分闸这与防跳定义中合闸命令仍然存在是相反的所以笔者认为不具有防跳功能。有的操动机构带有防跳动装置如3AF型、3AH型真空断路配用弹簧机构有防跳继电器,早期电磁机构用接触器带有防跳功能;但有的操动机构没有防跳动装置,如CDIV、CD5-370型电磁机构;又如CT8、CT17、CT19型弹簧机构等都没有防跳动装置。笔者在工作中全部使用配电盘的放跳继电器,操动机构内如有放跳装置也是撤掉不用O如HPGE-15E型少油断路器配用BR9型弹簧机构也是把其中的防跳装置撤掉不用。笔者工作几十年未发现断路器跳跃,请详见笔者在本刊2005年第1期上发表题为《关于断路器防跳装置的建议》的文章。笔者再次向运行单位建议:在新装机检修时应配合继电人员在配电盘模拟进行防跳装置相互动作试验,即手动控制开关合闸,控制开关仍在合位,短路过电流继电器接点断路器分闸,但断路器不能再次合闸,以检验防跳动装置是否良好。2.4自由脱扣自由脱扣定义:在合闸过程直到合位,虽然合闸命令没有解除,但断路器仍能分闸。如CD105D5-370型等电磁机构其四连杆机构都带有自由脱扣,在检修时对CDlO型电磁机构检验其自由脱扣,用手动人力合闸工具进行人力合闸,其四连杆机构形成有一个临时固定中心,连杆机构绕这一临时固定中心轮动直至合闸,手动人力仍保持在合位,再使分闸电磁铁动铁心动作,致使临时固定中心位移形成五连杆机构在分闸弹簧力的作用下断路器分闸,实现了自由脱扣,称为机械自由脱扣。笔者在文中提到过去不带自由脱扣的CD12、CD13型等电磁机构原电力部下文要求限期更换,而且DIA02二1999《交流高压开关断路器订货技术条件》标准中:133电磁机构应是具有自由脱扣装置。永磁机构基本上是电磁铁与永久磁铁的结合,其电源是电容器储能放电于分、合闸电磁铁线圈励磁,进行分、合闸操作,并有永久磁铁保持在分、合闸的极限位置,这是双稳态结构;另一种装有分闸弹簧和触头弹簧,当合闸时电容器放电于电磁铁线圈励磁,使动铁心动作合闸并将分闸弹簧和触头弹簧压缩储能,并有永久磁铁保持在合位分闸时有分闸电容器向线圈给以反向电流进行减磁在分闸弹簧和触头弹簧力的作用下分闸,并有分闸弹簧保持在分闸位置,这种是单稳态结构。当合闸于故障电路时,继电保护动作控制系统发出分闸命令这时仍有合闸命令存在但永磁机只响应分闸命令,即将合闸命令封闭,则断路器分闸,笔者认为这是自由脱扣,也符合DIA02标准要求,是否应称为电气自由脱扣这是永磁机构独有特性,与同行们商讨。《我看》一文中说:中国生产的永磁机构都是双稳态的,这是片面的看法,我国东北某厂生产的ZNBA-1I型真空断路器所配用的永磁机构就是单稳态的。《我看》一文中还提到该公司的产品ISM型断路器几乎适用于所有场合。笔者在文上中已提到:交流操作的变电站,当全停电检修时永磁机构只能合分两次,不能满足开关柜及断路器维修时操作的要求,永磁机构有它的局限性所以不适用于交流操作的变电站。如农村、大厂矿的车间以及小厂矿的变电站等。2.5永磁机构真空断路器的名称问题《我看》一文中提出永磁机构真空断路器的名称,笔者认为不妥,不能把永磁机构冠于真空断路器之前。因为永磁机构配于真空断路器本体的,或者说真空断路器是本体与永磁机构的组成的。如国产VSM-12型真空断路器该公司产ISM型真空断路器等。其他刊物中也曾经提到永磁机构是真空断路器的主体的说法,这是错误的,笔者对此作如下探讨。(1)断路器的组成断路器的本体(包括灭弧室、支持绝缘子等)与操动机构通过运动机构组成的。如SN10-10型少油断路器配用CD10型电磁机构传动系统又如VSM-12型真空断路器配用MSI型永磁机构操动系统;但真空断路器的本体与单稳态永磁机构可组成直动式结构,如ISM真空断路器配用单稳态永磁机构组成直动式结构。12KV电压级真空断路器可配用几种操动机构,如ZN28-10型真空断路器可配用CD17型电磁机构、CT17型和CT19型弹簧机构。(2)断路器的作用GB1984-XXXXX《高压交流断路器》3A1034:能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流,并能关合在规定时间内承载和开断异常回路条件(如短路条件)下的电流的机械开关装置。笔者领会是否可以归纳如下。(1)控制作用:能在正常条件下关合、开断有载和无载电流,并能承载长时间的额定电流。(2)保护作用:能在异常条件下关合,并能在规定时间内承载和开断短路条件下的故障电流的械开关装置。2.6操动机构的作用操动机构是被配用于断路器的本体,是执行指令进行分、合闸操作的司令部,也是作动元件的所在地,将某种能源的功能转换为机械能以此来驱动断路器触头作分、合闸操作并能在正常和异常条
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