中壓真空斷路器兩種常用操動機(jī)構(gòu)的比較

芮祖存 汪禮平

〔摘要〕 說明操動機(jī)構(gòu)在斷路器中的地位及要求，介紹各種操動機(jī)構(gòu)在斷路器中的應(yīng)用情況，著重比較了中壓真空斷路器兩種常用操動機(jī)構(gòu)----彈簧操動機(jī)構(gòu)和永磁操動機(jī)構(gòu)。

〔關(guān)鍵詞〕真空斷路器 彈簧操動機(jī)構(gòu) 永磁操動機(jī)構(gòu)

1 引言

操動機(jī)構(gòu)作為輸配電設(shè)備的一個部件，其重要性往往被忽視，但它卻在斷路器中占有重要作用。它不但要保證斷路器長期工作可靠性，而且要滿足滅弧特性對操動機(jī)構(gòu)的要求。斷路器的分合閘所需時間或速度必須滿足其開斷和關(guān)合要求，以便通過快速切除故障而不使故障擴(kuò)大，保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，并可減輕設(shè)備、線路、絕緣等的損傷，這就需要機(jī)構(gòu)具有較好的機(jī)械特性。

2 操動機(jī)構(gòu)的應(yīng)用范圍

幾種操動機(jī)構(gòu)的應(yīng)用情況如附表所列。

3 彈簧操動機(jī)構(gòu)與永磁操動機(jī)構(gòu)的比較

3.1 動作原理和結(jié)構(gòu)

真空斷路器永磁機(jī)構(gòu)原理圖見圖1，彈簧機(jī)構(gòu)見圖2。

目前用于中壓斷路器操動機(jī)構(gòu)主要有電磁式和彈簧式兩種。電磁操動機(jī)構(gòu)在真空斷路器發(fā)展初期得到了廣泛應(yīng)用，這是由于電磁操動機(jī)構(gòu)較好地迎合了真空滅弧室的要求：一是開距小（8-25mm），二是在合閘位置需要大的操動力（2000-4000N/相）。然而電磁操動機(jī)構(gòu)也存在不容忽視的缺點(diǎn)，磁路電感L在合閘過程中變化較大，產(chǎn)生反電動勢，從而抑制了合閘線圈電流的增大，而且這種抑制作用隨著合閘速度增加而增強(qiáng)。相比之下，彈簧操動機(jī)構(gòu)采用于手動或小功率交流電動機(jī)儲能，其分合閘速度不受電源電壓波動影響，相當(dāng)穩(wěn)定，能夠獲得較高的分合閘速度，能實(shí)現(xiàn)快速自動重合閘操作，在一定程度上克服了電磁操動機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)。然而彈簧操動機(jī)構(gòu)也存在以下缺點(diǎn)：完全依靠機(jī)械傳動，零部件數(shù)量多，一般彈簧操動機(jī)構(gòu)有上百個零件，且傳動機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，故障率較高，運(yùn)動部件多，制造工藝要求較高。另外，彈簧操動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滑動摩擦面多，而且多在關(guān)鍵部位，在長期運(yùn)行過程中，這些零件的磨損、銹蝕以及潤滑劑的流失、固化等都會導(dǎo)致操作失誤。

近年來，一種用于中壓真空斷路器的永磁保持、電子控制的電磁操動機(jī)構(gòu)（簡稱永磁機(jī)構(gòu)）備受關(guān)注。和傳統(tǒng)的斷路器操動機(jī)構(gòu)相比，永磁機(jī)構(gòu)采用了一種全新的工作原理和結(jié)構(gòu)，工作時主要運(yùn)動部件只有一個，無需機(jī)械脫扣、鎖扣裝置，故障源少，具有較高的可靠性。

3.2 操動機(jī)構(gòu)與真空斷路器的配合

3.2.1力-行程特性

多年來，真空斷路器一直在努力追求著一種完美操動的機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，可靠性高，可以用小功率交流電源操作，出力特性與真空斷路器的反力特性很好地匹配，能給出稍低的合閘速度和較高的分閘速度的操作機(jī)構(gòu)。

真空斷路器觸頭行程很小，合閘過程中在觸頭接觸前只需要很小的驅(qū)動力，一旦觸頭閉合，就需要較大的驅(qū)動力，來壓縮觸頭彈簧以獲的足夠的觸頭壓力。因此真空斷路器的反力特性在觸頭接觸瞬間有一大幅度的正向突變，12kV真空斷路器合閘終了時的觸頭反力常常超過10kN.而真空斷路器所要求的平均合閘速度并不大，因?yàn)楹祥l速度太高容易引起觸頭合閘彈跳，是不希望的，因此合閘速度一般為0.6～0.8m/s。分閘時要求操動機(jī)構(gòu)不給運(yùn)動系統(tǒng)附加更多的運(yùn)動慣量，以提高分閘初始加速度（或剛分速度）。

彈簧操動機(jī)構(gòu)是依靠彈簧儲存能量的釋放使斷路器合閘的。彈簧釋能時總是一開始時出力大，以后逐漸減小。這與真空斷路器的反力特性正好相反。為了使其與真空斷路器合閘時的反力特性相匹配，通常要通過凸輪和連桿的轉(zhuǎn)換。經(jīng)過凸輪輪廓曲線合理設(shè)計和連桿適當(dāng)配置，彈簧操動機(jī)構(gòu)的出力完全能與真空斷路器的反力特性很好匹配。

永磁機(jī)構(gòu)在合閘過程中，隨著動鐵心的運(yùn)動、空氣間隙減小、吸力增大，動靜鐵心吸合時可產(chǎn)生很大的吸力，在合閘的最后階段，由于永磁鐵的吸力，使吸合力上升得更快。在分閘特性方面因動鐵心參與分閘運(yùn)動，使分閘時運(yùn)動系統(tǒng)的運(yùn)動慣量明顯增大，對提高剛分速度很不利。此外，永磁鐵的吸力在分閘過程中也起著阻礙作用，也對提高速度不利。在此方面，永磁機(jī)構(gòu)不如彈簧機(jī)構(gòu)。

永磁機(jī)構(gòu)及彈簧機(jī)構(gòu)的力----行程特性見圖3。

3.2.2合、分閘操作分散性

為了實(shí)現(xiàn)選相操作，斷路器的操動機(jī)構(gòu)性能要穩(wěn)定，才能減少操作分散性，取得準(zhǔn)確合閘和分閘相位。每次合、分閘時間誤差必須在土0.5ms以內(nèi)。

斷路器操動機(jī)構(gòu)是一種典型的雙穩(wěn)態(tài)操動機(jī)構(gòu)，即操動機(jī)構(gòu)具有將觸頭從合閘位置運(yùn)動到分閘位置，或從分閘位置運(yùn)動到合閘位置的功能。多年來一直使用彈簧和凸輪組成的彈簧操動機(jī)構(gòu)，這種操動機(jī)構(gòu)具有較高可靠性，但是由于彈簧不可控及有較多傳動零部件，因而分散性較大，電磁操動的操動機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)彈簧操動機(jī)構(gòu)相比，在可靠性、耐用性與動作時間準(zhǔn)確性方面具有更好性能。由電力電子器件控制的、一種特殊設(shè)計的、結(jié)合帶永磁的電磁系統(tǒng)為觸頭的運(yùn)動提供可控操動能量，永磁體無需任何外部能量，通過閉合磁路提供的鎖扣力，使滅弧室保持在分、合閘位置，因此永磁操動機(jī)構(gòu)較優(yōu)。

4 結(jié)束語

對于中壓真空斷路器來說采用永磁機(jī)構(gòu)是最適合的，也最有發(fā)展前景，應(yīng)加大研究力度，廣泛推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬永林.機(jī)械原理，高等教育出版社.2002.6；

[2]林莘.永磁機(jī)構(gòu)與真空斷路器，機(jī)械工業(yè)出版社.2001.8；

[3]苑舜. 高壓斷路器彈簧操動機(jī)構(gòu)，機(jī)械工業(yè)出版社.2002.6。