摘要：本文通過對電氣化鐵道牽引變電所27.5KV真空斷路器永磁操作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和原理介紹，結(jié)合實(shí)際運(yùn)用情況，指出永磁操作機(jī)構(gòu)在電氣控制和機(jī)械作用部分存在的問題，分析存在問題，并提出解決問題的方法。

　　關(guān)鍵詞：真空斷路器,永磁機(jī)構(gòu),存在問題

　　一、引言

　　目前電氣化鐵道牽引變電所27.5KV真空斷路器的分合閘操作機(jī)構(gòu)常用的有三類，一是電磁操動機(jī)構(gòu)、二是彈簧操動機(jī)構(gòu)、三是永磁操動機(jī)構(gòu)。電磁操作機(jī)構(gòu)已使用50多年，技術(shù)落后，操作功率大，合閘時間長，對電源要求高，而且機(jī)械部分故障率高;彈簧操動機(jī)構(gòu)現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的，它是利用彈簧能進(jìn)行分合閘操作，合閘速度快而且合閘電流小，從而對電源要求低，但彈簧機(jī)構(gòu)也有其自身不可克服的缺點(diǎn)：零件數(shù)量多約為200個，加工精度高，制造工藝復(fù)雜，成本高，產(chǎn)品可靠性不易保證，機(jī)構(gòu)動作沖擊力大，輸出力特性與本體反力特性配合較差;永磁操作機(jī)構(gòu)突破了傳統(tǒng)操作機(jī)構(gòu)的原理，構(gòu)思巧妙，技術(shù)上有較大創(chuàng)新，已成為真空斷路器操作機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，零部件少，可靠性高。

　　二、永磁機(jī)構(gòu)的原理

　　真空斷路器永磁操作機(jī)構(gòu)是一種永磁保持的電磁操作機(jī)構(gòu)。永磁機(jī)構(gòu)按照在分閘操作時的不同可分為單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)和雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)。雙穩(wěn)態(tài)是指動鐵芯在分閘位和合閘位的兩個位置，不需任何能量或鎖扣即可由永磁體保持。而單穩(wěn)態(tài)是指永磁鐵只對動鐵芯在合閘位置進(jìn)行保持。本文主要介紹的雙穩(wěn)態(tài)單線圈永磁機(jī)構(gòu)，如圖1所示，永磁機(jī)構(gòu)由靜鐵芯 、動鐵芯、電磁線圈、永磁體和頂桿等部件組成，其動作原理如下：

　　1、電動合閘

　　當(dāng)永磁機(jī)構(gòu)處于分閘位置時動鐵芯保持在下端。當(dāng)斷路器接到合閘指令時，機(jī)構(gòu)的電磁線圈YC(圖1中3)瞬間通以的正向直流電流。這一電流在靜鐵芯(圖1中1)上部產(chǎn)生與永磁體(圖1中4)磁場方向相同的磁場，在動鐵芯(圖1中2)下部產(chǎn)生與永磁體磁場方向相反的磁場，使動鐵芯下端所受的磁吸力減小。電磁線圈產(chǎn)生的電磁場和永磁體的永磁場正向疊加產(chǎn)生的向上電磁力，使動鐵芯便向上運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)合閘并給分閘彈簧儲能。合閘完成后靠永磁體的吸力使機(jī)構(gòu)保持在合閘狀態(tài)。

　　2、電動分閘

　　當(dāng)永磁機(jī)構(gòu)處于合閘位置時，在永磁體磁力作用下，動鐵芯保持在上端。分閘時，在電磁線圈中通以與合閘操作時方向相反的反向電流，該電流在動鐵芯上端產(chǎn)生與永磁體磁場相反方向的磁場，電磁線圈產(chǎn)生的電磁場和永磁體的永磁場反向疊加，使動鐵芯受到的磁吸力減小，在觸頭彈簧和分閘彈簧拉力的共同作用下，動鐵芯向下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)永磁機(jī)構(gòu)的分閘。分閘完成后靠永磁體的吸力使機(jī)構(gòu)保持在分閘狀態(tài)。

　　三、存在的不足及需改進(jìn)方面

　　永磁機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較簡單，體積小，重量輕。由于機(jī)構(gòu)部件少且僅有一個運(yùn)動部件，則故障率也隨之減少，故機(jī)構(gòu)可靠性高，壽命長且維護(hù)工作量少。雖然永磁機(jī)構(gòu)有上述優(yōu)點(diǎn)，但是仍存在以下幾方面的缺點(diǎn)和不足：

　　1、永磁機(jī)構(gòu)在電氣控制部分存在不足

　　本文介紹的永磁機(jī)構(gòu)采用直流接觸器控制方式，如圖2所示。當(dāng)接到合閘指令時，直流接觸器HC線圈受電，HC動作其觸頭閉合，電磁線圈YC通以正向電流使斷路器合閘。當(dāng)接到分閘指令時，直流接觸器FC線圈受電，F(xiàn)C動作其觸頭閉合，電磁線圈YC通以反向電流使斷路器分閘。直流接觸器控制分閘存在以下問題。

　　(1)分閘可靠性不高。

　　永磁操作機(jī)構(gòu)的斷路器分閘必須由直流接觸器FC啟動，回路越多故障率越高。并且直流接觸器線圈燒損、接點(diǎn)粘連等問題常有發(fā)生。實(shí)際運(yùn)用中永磁機(jī)構(gòu)斷路器時常有直流接觸器卡滯故障，影響斷路器的正常分合閘動作。圖2所示電磁線圈YC接在合閘回路，由HM提供電源。當(dāng)直流系統(tǒng)中HM回路故障失電時斷路器不能分閘。牽引變電所直流系統(tǒng)中控制回路比合閘回路供電可靠性要高一些。因此由直流接觸器控制分閘，斷路器的分閘可靠性不夠高。

　　(2)分閘延遲時間長。

　　和其它操作機(jī)構(gòu)相比，永磁機(jī)構(gòu)的斷路器切除故障的時間略長，因?yàn)榉珠l時直流接觸器FC有啟動時間，一般在0.03S以內(nèi)。當(dāng)合閘或自動重合至故障線路時，切除故障的時間更長。由圖2所示，直流接觸器FC的啟動回路中串接直流接觸器HC的常閉節(jié)點(diǎn)進(jìn)行閉鎖，只有當(dāng)直流接觸器HC返回時直流接觸器FC才能啟動。永磁機(jī)構(gòu)的斷路器切除故障時間長，不利于各級保護(hù)間的配合。如果一個牽引變電所的進(jìn)線斷路器保護(hù)時限為0.2S，饋線斷路器保護(hù)時限為0.1S，經(jīng)常會在接觸網(wǎng)永久故障引起饋線斷路器跳閘后重合成功后頂跳進(jìn)線斷路器。如將進(jìn)線斷路器保護(hù)時限為0.3S后就不會發(fā)生類似故障。

　　由于永磁機(jī)構(gòu)采用單線圈，合閘和分閘電磁線圈通過的電流方向相反，因此分閘必須由直流接觸器啟動。建議永磁機(jī)構(gòu)增加一個分閘線圈TQ，和原電磁線圈放在同一側(cè)，原電磁線圈為合閘線圈HQ。兩個電磁線圈放在同一側(cè)并且兩個電磁線圈電流流通方向相反，其原理和雙穩(wěn)態(tài)單線圈相同。合閘的能量主要來自合閘線圈HQ，分閘的能量主要來自分閘彈簧。改進(jìn)后的永磁機(jī)構(gòu)斷路器分閘時不需要直流接觸器啟動，簡化其分閘控制回路，提高斷路器分閘的可靠性。同時縮短切除故障的時間。其控制原理如圖3所示。

　　2、永磁操作機(jī)構(gòu)在機(jī)械方面存在的問題

　　所謂自由脫扣是指不論合閘作功元件處在何種位置(如斷路器在合閘過程中)，只要分閘作功元件起動，操作機(jī)構(gòu)都應(yīng)時斷路器可靠分閘。自由脫扣裝置可防止斷路器發(fā)生“跳躍”現(xiàn)象。CD型電磁操作機(jī)構(gòu)自由脫扣由連桿機(jī)構(gòu)組成，穩(wěn)定可靠，動作靈活。彈簧操作機(jī)構(gòu)依靠釋放分閘彈簧也可達(dá)到“合中能分”的要求。永磁機(jī)構(gòu)只有一個運(yùn)動部件，無法實(shí)現(xiàn)自由脫扣的功能，滿足不了電磁操作機(jī)構(gòu)應(yīng)具有自由脫扣裝置的要求。這是永磁機(jī)構(gòu)最大的劣勢。

　　彈簧機(jī)構(gòu)的斷路器在失去直流電源的情況下，可以帶電手動進(jìn)行分合閘操作。永磁機(jī)構(gòu)因無儲能裝置，所以不能手動合閘送電，這一點(diǎn)遠(yuǎn)不如彈簧機(jī)構(gòu)。建議在永磁機(jī)構(gòu)合閘回路加裝儲能裝置。

　　綜合上述永磁機(jī)構(gòu)有自己的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，但尚有不足之處，如能將永磁操作機(jī)構(gòu)加裝脫扣裝置和可靠的手動合閘送電裝置，控制回路的可靠性不高等缺點(diǎn)。所以永磁機(jī)構(gòu)需要改進(jìn)完善。

　　三、結(jié)束語

　　雖然永磁操作機(jī)構(gòu)是一種新設(shè)備、新技術(shù)，在實(shí)際的運(yùn)用中有著別的操作機(jī)構(gòu)不能比擬俺的優(yōu)點(diǎn)，但是，現(xiàn)今運(yùn)行的永磁操作機(jī)構(gòu)還存在一些缺點(diǎn)和不足，還需在實(shí)際運(yùn)用中去發(fā)現(xiàn)和完善，隨著科技的發(fā)展，永磁機(jī)構(gòu)必將走向成熟，性能更加完善，永磁操作機(jī)構(gòu)終將是真空斷路器操作機(jī)構(gòu)發(fā)展的方向。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]林永順，牽引變電所，北京：中國鐵道出版社，1995。

　　[2]ZN-27.5型電氣化鐵道戶內(nèi)永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器說明書，溫州益坤電氣有限公司，2007。