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【探究】126kV真空断路器分离磁路式永磁操动机构

2015-11-10 10:54来源:电工技术学报关键词:真空断路器永磁机构消弧线圈收藏点赞

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真空断路器( Vacuum Circuit Breaker, VCB)因其优异的开断性能及可靠性,在中压领域获得了广泛的应用[1], 而 SF6 断路器在 72kV 以上电压等级市场占主导地位[2]。为减少 SF6 气体所带来的强温室效应,研究和开发环境友好型输电等级真空开关具有重要意义[3]。操动机构通过绝缘拉杆驱动真空灭弧室动触头运动,是真空断路器的关键部件。通过调节操动机构的动态特性曲线可以有效提高真空灭弧室的灭弧性能[4,5]。由于 126kV 电压等级的输电系统对真空断路器有很高的要求,因此相应的操动机构应配合灭弧室达到最优的动态特性。

永磁操动机构( Permanent Magnetic Actuator,PMA)具有较强可控性,在分合闸位置,通过永磁体产生的永磁保持力将永磁机构可靠地保持在分合闸位置,在分合闸操作时,通过通电线圈产生的电磁力驱动动触头运动,从而达到关合或开断线路的目的。永磁机构一般分为单稳态机构和双稳态机构两种。但是,传统的永磁机构由于动作速度较低,目前报导仅限于较小开距 ( 8~22mm)的中压 ( 3.6~40.5kV)真空断路器中。

为了提高永磁机构的速度特性,国内外的研究者开展了大量的研究工作[6-10]。 Lequesne B 为满足速度要求,提出了一种大开距下双弹簧螺线管结构[6]。R. Jong-Suk 等人提出了一种分离磁路的永磁操动机构以提高线圈工作效率[7],但未实现磁路完全分离,分合闸保持或分合闸线圈通电时磁路会存在干扰。 Cai Z. Y.等人尝试通过在传统双稳态永磁机构结构形式下,引入辅助线圈方式提高速度特性[8]。Kang 等人采用三连杆传动机构提高永磁机构速度特性[9]。 Wang Z. X.等人采用分合闸线圈同时通电方式提高机构分闸速度特性[10]。但是, 126kV 真空断路器的开距 (约 80mm)远高于中压真空断路器 (<30mm),而且 126kV 真空断路器对动触头运动速度较高,要求分闸时动静触头在分开后 6~7ms 内开距达到18~20mm(对应分闸速度约 2.5~3.3m/s),在 12~13ms 时开距达到 36~40mm(对应分闸速度约 2.7~3.3m/s)。因此要满足 126kV 真空断路器的速度特性具有很大的难度。

本文的研究目标是提出一种分离磁路永磁操动机构以满足 126kV 真空断路器速度特性要求。该永磁机构为双稳态结构形式,具有独立的永磁保持磁路和电磁驱动磁路。本文采用数值仿真方法计算了永磁机构的静态及动态特性,并根据计算结果制作了样机。样机的实验结果与仿真结果具有较好的一致性,并证明了本设计的可行性。

1 分离磁路永磁机构的结构及工作原理

传统永磁机构结构原理如图 1 所示。永磁体安置于静铁心中,永磁体产生的磁力线与线圈产生的磁力线共用磁路, 这样的设计可以减小机构的体积。但是,由于它们共用磁路,在分闸操作起始阶段,永磁体产生的磁力会部分抵消线圈的电磁力,造成刚分速度难以提高。同时,线圈产生的电磁力既通过动铁心的上端面(见磁力线Ⅱ),也通过动铁心的下端面(见磁力线Ⅰ),造成线圈产生的电磁力一个拉动铁心运动,另一个阻碍铁心运动,降低线圈的工作效率。

原标题:126kV真空断路器分离磁路式永磁操动机构
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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