浅谈10kV柱上永磁真空断路器中的关键技术

摘 要：文章首先对10kv永磁柱上真空断路器在配电网中的发展现状进行回顾，并逐一分析了在电网中柱使用的多项优点。其次，分别从10kV永磁柱上真空断路器中的几项关键性技术：永磁操动机构，真空灭弧装置，基于DSP的智能控制器，论述了其技术原理和其使用情况，并详细阐述了柱上断路器作为新时期电网断路设备的优势及发展前景，另外文章还详细介绍了DSP微处理器的工作原理及适用条件。最后，文章通过和现有技术的对比，对10kV柱上永磁真空短路器的技术进行了总结和展望。

关键词：柱上断路器；永磁操动；智能控制

1 概述

随着我国各区域经济的高速发展，在用户用电量持续不断增加的同时，也提出了电网可靠性和供电质量方面更高的要求；配电网中柱上断路器在联络、分段和支线中的广泛应用，为提高供电可靠性做出了巨大贡献。目前的10kV中压配电网络中，柱上断路器已逐渐取代隔离开关，并在转型成为智能电网的过程中发挥着积极的作用。与传统的隔离开关相比，柱上断路器可以在有载情况下进行操作，触头一般在高真空环境中，或者在绝缘介质内，具有灭弧功能。同时，其还具有保护功能，在系统发生故障时允许设备进行分离动作。而隔离开关一般是无载操作，具有明显的断开电路的可见点，断开电路的部分一般没有绝缘介质，也没有高真空的环境，一般都是在普通的大气状态下，其体积也更大，同一电压等级和电流的设备都要占用更大的区域。使用柱上断路器能够扩大故障时的停电范围，能够使其在故障点直接进行带负荷断电操作，完成更加精准的停电工作。由于其独特的优势，目前柱上断路器在中压领域内欧美等发达国家使用比率已高达60%。目前市南电力集团闵行分公司采用了FZW32E-12型智能户外真空断路器，该产品采用全新设计的永磁操动机构，开断性能可靠，满足公司配电网改造要求。

2 10kV永磁柱上真空断路器系统原理

柱上断路器的分类有很多种，这里选取了目前较为流行的中压10kV户外永磁断路器作为文章的主要研究对象。10kV柱上永磁断路器结构如图1所示，其主要有以下几部分所组成：隔离开关、真空灭弧室、控制箱、永磁操动机构、互感器等。

隔离开关（俗称闸刀）在真空断路器中起着指示和保护的双重作用，其作用是给操作人员制造一个可见的间断点。真空灭弧室是断路器的最重要的组成部分之一，起到灭弧的作用，是柱上断路器的重要组成部分。互感器指的是变压器互感器和电流互感器，而永磁机构所组成的保护机构是各部件中必不可少的组成部分，是断路器的关键部件，负责将电磁能转化为动能，负责执行整个断路器输控信号，信号源的断路器控制箱与柱上断路器主体形成操动运作的结构。断路器和控制器通常使用多芯通信电缆连接辅助开关，在指示部分没有机械结构和电气控制线路，能够起到安全和短路断指示作用。

3 10kV永磁真空断路器中的几项关键技术

3.1 真空灭弧室

柱上断路器中包含真空灭弧室，真空灭弧室是通过真空管进行工作的，使用一对触点来实现线路的接通与断开同时周围也有较好的绝缘环境。它的工作原理如下：当灭弧室触头发生动作时，此刻分离的静态和动态接触电流大幅聚焦到点的接触，此刻触头的在电极之间形成巨大的电阻。触电间的温度急速上升，电极上的金属被蒸发。在击穿电场之间形成接触间隙，并形成真空电弧。随着电极间的间隙越来越大，间隙之间最终变成了绝缘环境。这样就在同时完成了触点的分离。

3.2 永磁操动机构

操动结构的关键部件是真空断路器，也是真空断路器的发展的关键点之一。早期的真空断路器，配有电磁操动机构，结构简单、部件数量相对较小，相对较为可靠，低制造成本也比较低，但由于使用需要配备电池作为直流电源设备、日常维护成本和投资较高，已被逐渐淘汰。在20世界90年代初，电动弹簧操动机构得到了国外广泛认可，因为其不需要很多电池供电，使用也比电磁操动机构更灵活。电动弹簧操动机构结构复杂，并依赖于连杆、锁定蓄能弹簧来实现操作的功能，而且环节多，结构分散，导致其控制不良。电动弹簧机构、需要加工精度高、制造工艺复杂，生产成本高，很难达到所需的级别要求。

3.3 基于DSP芯片的智能控制器

数字信号处理：

数字信号处理是一种真实的信号（称为连续信号的技术术语）转换成计算机可以在过程中处理的信息。这些信号通过模拟-数字转换的过程（简称AD），转换为数字信号到计算机上的，使计算机能够成功识别。完成处理后，再将结果返回（称为DA）的模拟信号的信号转型的过程。使用通用微处理器可以在一般的使用条件下，完成这项工作，但它所面临的问题是，如果要达到非常高的速度、通用的微处理器一般很难保证。

DSP微处理器具有很高的处理速度。因为使用条件决定了这些处理器都必须有很高的即时性。如通过电话呼叫，如果处理速度将不得不等待对方完成，和另一方主动发起呼叫。如果两个同时调用，那么数字信号处理速度会出现不足，只能关闭信号连接。

4 结束语

通过以上的研究，我们可以发现，柱上断路器包含了机械设计、高级语言编程、计算机测控、材料科学等多项先进技术，随着这些领域的科学技术水平的不断发展和提高，柱上断路器研究正向着横向和纵向不断地发展。目前又出现了如非均匀纵向磁场灭弧室技术、双稳态永磁操动机构等最新技术，其突出的优势和更加稳定的运行可靠性越来越明显，越来越受到电力部门和广大用户的认可，发展前景十分广阔。相信在我们的共同努力下，越来越多先进设备将会投入到智能电网建设当中去，我国的电力建设事业也一定会有一个美好的明天！

参考文献

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[2]张凤龙.12kV户外永磁智能型真空断路器的研究与实现[D].辽宁工程技术大学，2011.

[3]朱健.基于DSP智能断路器控制单元的研究与设计[D].扬州大学，2013.

[4]郑义.面向智能供配电网的断路器控制器研究与设计[D].东南大学，2012.

[5]庄雄峰，李玲.柱上管理器的管理和使用[J].科技视界.

作者简介：吴嘉轶（1987，1-），男，汉族，上海市，本科，电气工程及其自动化专业，线缆班施工员。