中压真空断路器两种常用操动机构的比较

〔摘要〕 说明操动机构在断路器中的地位及要求，介绍各种操动机构在断路器中的应用情况，着重比较了中压真空断路器两种常用操动机构----弹簧操动机构和永磁操动机构。

〔关键词〕真空断路器 弹簧操动机构 永磁操动机构

1 引言

操动机构作为输配电设备的一个部件，其重要性往往被忽视，但它却在断路器中占有重要作用。它不但要保证断路器长期工作可靠性，而且要满足灭弧特性对操动机构的要求。断路器的分合闸所需时间或速度必须满足其开断和关合要求，以便通过快速切除故障而不使故障扩大，保持电力系统的稳定，并可减轻设备、线路、绝缘等的损伤，这就需要机构具有较好的机械特性。

2 操动机构的应用范围

几种操动机构的应用情况如附表所列。

3 弹簧操动机构与永磁操动机构的比较

3.1 动作原理和结构

真空断路器永磁机构原理图见图1，弹簧机构见图2。

目前用于中压断路器操动机构主要有电磁式和弹簧式两种。电磁操动机构在真空断路器发展初期得到了广泛应用，这是由于电磁操动机构较好地迎合了真空灭弧室的要求：一是开距小（8-25mm），二是在合闸位置需要大的操动力（2000-4000N/相）。然而电磁操动机构也存在不容忽视的缺点，磁路电感L在合闸过程中变化较大，产生反电动势，从而抑制了合闸线圈电流的增大，而且这种抑制作用随着合闸速度增加而增强。相比之下，弹簧操动机构采用于手动或小功率交流电动机储能，其分合闸速度不受电源电压波动影响，相当稳定，能够获得较高的分合闸速度，能实现快速自动重合闸操作，在一定程度上克服了电磁操动机构的缺点。然而弹簧操动机构也存在以下缺点：完全依靠机械传动，零部件数量多，一般弹簧操动机构有上百个零件，且传动机构较为复杂，故障率较高，运动部件多，制造工艺要求较高。另外，弹簧操动机构的结构复杂，滑动摩擦面多，而且多在关键部位，在长期运行过程中，这些零件的磨损、锈蚀以及剂的流失、固化等都会导致操作失误。

近年来，一种用于中压真空断路器的永磁保持、电子控制的电磁操动机构（简称永磁机构）备受关注。和传统的断路器操动机构相比，永磁机构采用了一种全新的工作原理和结构，工作时主要运动部件只有一个，无需机械脱扣、锁扣装置，故障源少，具有较高的可靠性。

3.2 操动机构与真空断路器的配合

3.2.1力-行程特性

多年来，真空断路器一直在努力追求着一种完美操动的机构：结构简单，寿命长，可靠性高，可以用小功率交流电源操作，出力特性与真空断路器的反力特性很好地匹配，能给出稍低的合闸速度和较高的分闸速度的操作机构。

真空断路器触头行程很小，合闸过程中在触头接触前只需要很小的驱动力，一旦触头闭合，就需要较大的驱动力，来压缩触头弹簧以获的足够的触头压力。因此真空断路器的反力特性在触头接触瞬间有一大幅度的正向突变，12kV真空断路器合闸终了时的触头反力常常超过10kN.而真空断路器所要求的平均合闸速度并不大，因为合闸速度太高容易引起触头合闸弹跳，是不希望的，因此合闸速度一般为0.6～0.8m/s。分闸时要求操动机构不给运动系统附加更多的运动惯量，以提高分闸初始加速度（或刚分速度）。

弹簧操动机构是依靠弹簧储存能量的释放使断路器合闸的。弹簧释能时总是一开始时出力大，以后逐渐减小。这与真空断路器的反力特性正好相反。为了使其与真空断路器合闸时的反力特性相匹配，通常要通过凸轮和连杆的转换。经过凸轮轮廓曲线合理设计和连杆适当配置，弹簧操动机构的出力完全能与真空断路器的反力特性很好匹配。

永磁机构在合闸过程中，随着动铁心的运动、空气间隙减小、吸力增大，动静铁心吸合时可产生很大的吸力，在合闸的最后阶段，由于永磁铁的吸力，使吸合力上升得更快。在分闸特性方面因动铁心参与分闸运动，使分闸时运动系统的运动惯量明显增大，对提高刚分速度很不利。此外，永磁铁的吸力在分闸过程中也起着阻碍作用，也对提高速度不利。在此方面，永磁机构不如弹簧机构。

永磁机构及弹簧机构的力----行程特性见图3。

3.2.2合、分闸操作分散性

为了实现选相操作，断路器的操动机构性能要稳定，才能减少操作分散性，取得准确合闸和分闸相位。每次合、分闸时间误差必须在土0.5ms以内。

断路器操动机构是一种典型的双稳态操动机构，即操动机构具有将触头从合闸位置运动到分闸位置，或从分闸位置运动到合闸位置的功能。多年来一直使用弹簧和凸轮组成的弹簧操动机构，这种操动机构具有较高可靠性，但是由于弹簧不可控及有较多传动零部件，因而分散性较大，电磁操动的操动机构与传统弹簧操动机构相比，在可靠性、耐用性与动作时间准确性方面具有更好性能。由电力电子器件控制的、一种特殊设计的、结合带永磁的电磁系统为触头的运动提供可控操动能量，永磁体无需任何外部能量，通过闭合磁路提供的锁扣力，使灭弧室保持在分、合闸位置，因此永磁操动机构较优。

4 结束语

对于中压真空断路器来说采用永磁机构是最适合的，也最有发展前景，应加大研究力度，广泛推广应用。

参考文献：

[1]马永林.机械原理，高等教育出版社.2002.6；

[2]林莘.永磁机构与真空断路器，机械工业出版社.2001.8；

[3]苑舜. 高压断路器弹簧操动机构，机械工业出版社.2002.6。