时间：2013年05月28日 分类：推荐论文 次数：
摘要：本文通过对电气化铁道牵引变电所27.5KV真空断路器永磁操作机构的结构和原理介绍，结合实际运用情况，指出永磁操作机构在电气控制和机械作用部分存在的问题，分析存在问题，并提出解决问题的方法。
关键词：真空断路器,永磁机构,存在问题
一、引言
目前电气化铁道牵引变电所27.5KV真空断路器的分合闸操作机构常用的有三类，一是电磁操动机构、二是弹簧操动机构、三是永磁操动机构。电磁操作机构已使用50多年，技术落后，操作功率大，合闸时间长，对电源要求高，而且机械部分故障率高;弹簧操动机构现在广泛应用的，它是利用弹簧能进行分合闸操作，合闸速度快而且合闸电流小，从而对电源要求低，但弹簧机构也有其自身不可克服的缺点：零件数量多约为200个，加工精度高，制造工艺复杂，成本高，产品可靠性不易保证，机构动作冲击力大，输出力特性与本体反力特性配合较差;永磁操作机构突破了传统操作机构的原理，构思巧妙，技术上有较大创新，已成为真空断路器操作机构的发展趋势，优点是结构简单，零部件少，可靠性高。
二、永磁机构的原理
真空断路器永磁操作机构是一种永磁保持的电磁操作机构。永磁机构按照在分闸操作时的不同可分为单稳态永磁机构和双稳态永磁机构。双稳态是指动铁芯在分闸位和合闸位的两个位置，不需任何能量或锁扣即可由永磁体保持。而单稳态是指永磁铁只对动铁芯在合闸位置进行保持。本文主要介绍的双稳态单线圈永磁机构，如图1所示，永磁机构由静铁芯 、动铁芯、电磁线圈、永磁体和顶杆等部件组成，其动作原理如下：
1、电动合闸
当永磁机构处于分闸位置时动铁芯保持在下端。当断路器接到合闸指令时，机构的电磁线圈YC(图1中3)瞬间通以的正向直流电流。这一电流在静铁芯(图1中1)上部产生与永磁体(图1中4)磁场方向相同的磁场，在动铁芯(图1中2)下部产生与永磁体磁场方向相反的磁场，使动铁芯下端所受的磁吸力减小。电磁线圈产生的电磁场和永磁体的永磁场正向叠加产生的向上电磁力，使动铁芯便向上运动，实现合闸并给分闸弹簧储能。合闸完成后靠永磁体的吸力使机构保持在合闸状态。
2、电动分闸
当永磁机构处于合闸位置时，在永磁体磁力作用下，动铁芯保持在上端。分闸时，在电磁线圈中通以与合闸操作时方向相反的反向电流，该电流在动铁芯上端产生与永磁体磁场相反方向的磁场，电磁线圈产生的电磁场和永磁体的永磁场反向叠加，使动铁芯受到的磁吸力减小，在触头弹簧和分闸弹簧拉力的共同作用下，动铁芯向下运动，实现永磁机构的分闸。分闸完成后靠永磁体的吸力使机构保持在分闸状态。
三、存在的不足及需改进方面
永磁机构结构比较简单，体积小，重量轻。由于机构部件少且仅有一个运动部件，则故障率也随之减少，故机构可靠性高，寿命长且维护工作量少。虽然永磁机构有上述优点，但是仍存在以下几方面的缺点和不足：
1、永磁机构在电气控制部分存在不足
本文介绍的永磁机构采用直流接触器控制方式，如图2所示。当接到合闸指令时，直流接触器HC线圈受电，HC动作其触头闭合，电磁线圈YC通以正向电流使断路器合闸。当接到分闸指令时，直流接触器FC线圈受电，FC动作其触头闭合，电磁线圈YC通以反向电流使断路器分闸。直流接触器控制分闸存在以下问题。
(1)分闸可靠性不高。
永磁操作机构的断路器分闸必须由直流接触器FC启动，回路越多故障率越高。并且直流接触器线圈烧损、接点粘连等问题常有发生。实际运用中永磁机构断路器时常有直流接触器卡滞故障，影响断路器的正常分合闸动作。图2所示电磁线圈YC接在合闸回路，由HM提供电源。当直流系统中HM回路故障失电时断路器不能分闸。牵引变电所直流系统中控制回路比合闸回路供电可靠性要高一些。因此由直流接触器控制分闸，断路器的分闸可靠性不够高。
(2)分闸延迟时间长。
和其它操作机构相比，永磁机构的断路器切除故障的时间略长，因为分闸时直流接触器FC有启动时间，一般在0.03S以内。当合闸或自动重合至故障线路时，切除故障的时间更长。由图2所示，直流接触器FC的启动回路中串接直流接触器HC的常闭节点进行闭锁，只有当直流接触器HC返回时直流接触器FC才能启动。永磁机构的断路器切除故障时间长，不利于各级保护间的配合。如果一个牵引变电所的进线断路器保护时限为0.2S，馈线断路器保护时限为0.1S，经常会在接触网永久故障引起馈线断路器跳闸后重合成功后顶跳进线断路器。如将进线断路器保护时限为0.3S后就不会发生类似故障。
由于永磁机构采用单线圈，合闸和分闸电磁线圈通过的电流方向相反，因此分闸必须由直流接触器启动。建议永磁机构增加一个分闸线圈TQ，和原电磁线圈放在同一侧，原电磁线圈为合闸线圈HQ。两个电磁线圈放在同一侧并且两个电磁线圈电流流通方向相反，其原理和双稳态单线圈相同。合闸的能量主要来自合闸线圈HQ，分闸的能量主要来自分闸弹簧。改进后的永磁机构断路器分闸时不需要直流接触器启动，简化其分闸控制回路，提高断路器分闸的可靠性。同时缩短切除故障的时间。其控制原理如图3所示。
2、永磁操作机构在机械方面存在的问题
所谓自由脱扣是指不论合闸作功元件处在何种位置(如断路器在合闸过程中)，只要分闸作功元件起动，操作机构都应时断路器可靠分闸。自由脱扣装置可防止断路器发生“跳跃”现象。CD型电磁操作机构自由脱扣由连杆机构组成，稳定可靠，动作灵活。弹簧操作机构依靠释放分闸弹簧也可达到“合中能分”的要求。永磁机构只有一个运动部件，无法实现自由脱扣的功能，满足不了电磁操作机构应具有自由脱扣装置的要求。这是永磁机构最大的劣势。
弹簧机构的断路器在失去直流电源的情况下，可以带电手动进行分合闸操作。永磁机构因无储能装置，所以不能手动合闸送电，这一点远不如弹簧机构。建议在永磁机构合闸回路加装储能装置。
综合上述永磁机构有自己的独特优点，但尚有不足之处，如能将永磁操作机构加装脱扣装置和可靠的手动合闸送电装置，控制回路的可靠性不高等缺点。所以永磁机构需要改进完善。
三、结束语
虽然永磁操作机构是一种新设备、新技术，在实际的运用中有着别的操作机构不能比拟俺的优点，但是，现今运行的永磁操作机构还存在一些缺点和不足，还需在实际运用中去发现和完善，随着科技的发展，永磁机构必将走向成熟，性能更加完善，永磁操作机构终将是真空断路器操作机构发展的方向。
参考文献：
[1]林永顺，牵引变电所，北京：中国铁道出版社，1995。
[2]ZN-27.5型电气化铁道户内永磁机构真空断路器说明书，温州益坤电气有限公司，2007。