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隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速、健康的發(fā)展，我國(guó)電力工業(yè)也在不斷高速發(fā)展，各電力公司也加大了配電網(wǎng)的管理和投資力度，以確保配電網(wǎng)的可靠性。
高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的開關(guān)設(shè)備，它擔(dān)負(fù)著控制和保護(hù)的雙重任務(wù)。為實(shí)現(xiàn)開斷和關(guān)合，斷路器必須有1、開斷部分（包括導(dǎo)電和觸頭系統(tǒng)及滅弧室）2、操動(dòng)和傳動(dòng)部分3、絕緣部分等這三個(gè)部分，而開斷部分的滅弧室為整個(gè)斷路器的核心部分。按照滅弧介質(zhì)的不同，斷路器可分為油斷路器、真空斷路器、SF6斷路器。
油斷路器是最早出現(xiàn)的高壓斷路器，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，但容易發(fā)生火災(zāi)和爆炸；開斷能力難以做的很高；電氣壽命有限、檢修周期短。所以世界范圍內(nèi)要求開關(guān)電器的無油化。真空斷路器以更好的可靠性、更低的維修費(fèi)用、不可燃、無爆炸、環(huán)保無公害等優(yōu)點(diǎn)在6～35kV配電系統(tǒng)中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。近幾年，真空斷路器和SF6斷路器已取代了油斷路器；現(xiàn)在，真空斷路器已成為市場(chǎng)的主流。
對(duì)于真空斷路器，真空技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，它的開斷容量已達(dá)到了100kA。所以，對(duì)于真空斷路器，目前迫切需要的是降低造價(jià)、提高可靠性及免維護(hù)設(shè)計(jì)。提高斷路器的電氣特性及要達(dá)到免維護(hù)，除了增加電器元件的絕緣性能，最主要的提高可靠性就是改進(jìn)真空斷路器的操作機(jī)構(gòu)。（統(tǒng)計(jì)資料表明，設(shè)備故障70％～90％為操作機(jī)構(gòu)的機(jī)械故障）
因此，近年來又出現(xiàn)了一種新的真空斷路器――配永磁機(jī)構(gòu)固封式斷路器。真空斷路器的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，從最初的電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，發(fā)展到現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)了真空開關(guān)的發(fā)展。彈簧機(jī)構(gòu)利用交直流兩用電動(dòng)機(jī)對(duì)彈簧進(jìn)行預(yù)儲(chǔ)能，利用彈簧能進(jìn)行分合閘操作，從而對(duì)電源要求低，交直流均可操作，電源丟失仍可完成一個(gè)合分循環(huán)，因此得到廣泛應(yīng)用。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，要求加工精度高，制造工藝復(fù)雜，成本高，產(chǎn)品可靠性不易保證，限制了真空開關(guān)向電氣壽命、免維護(hù)等要求更高的方向發(fā)展。因此，近年來出現(xiàn)了永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器。為高參數(shù)真空開關(guān)開辟了一條新的路徑。
永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器在真空滅弧室和操作機(jī)構(gòu)上采用了新設(shè)計(jì)，它可以使真空斷路器的電氣特性更好、機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。這種設(shè)備主要由以下部分組成：
（1）固態(tài)聚碳酸脂制成的固體絕緣；
（2）密封于固體絕緣中的主回路部件(真空滅弧室和接線端子)；
（3）通過絕緣拉桿與真空滅弧室動(dòng)觸頭連接，采用永磁閉鎖的操作機(jī)構(gòu)；
（4）利用同步軸實(shí)現(xiàn)三相聯(lián)動(dòng)和機(jī)械互鎖。
（5）控制部分。
配永磁機(jī)構(gòu)戶內(nèi)真空斷路器，改變了傳統(tǒng)的固定模式，吸收了大量的先進(jìn)理論，如：卡扣、脫扣方式的突變，利用新近發(fā)現(xiàn)的稀土永磁材料的特殊性能及新穎的磁通布置方式，取代了傳統(tǒng)的機(jī)械式摯子卡扣、脫扣，從而解決了機(jī)械摯子易磨損的缺陷。儲(chǔ)能部分完成了由彈簧儲(chǔ)能到電儲(chǔ)能的轉(zhuǎn)換，輔以全新的電子控制系統(tǒng)，不僅使能量的消耗降到了最低，而且做到了直觀界面、人機(jī)對(duì)話，符合了現(xiàn)代國(guó)際發(fā)展潮流。在對(duì)真空滅弧室的改進(jìn)過程中，采用了先進(jìn)的固封工藝，加上專業(yè)的設(shè)計(jì)，使其使用壽命和性能參數(shù)在同類產(chǎn)品中獨(dú)樹一幟。新的操動(dòng)機(jī)構(gòu)――永磁機(jī)構(gòu)的負(fù)載特性與真空滅弧室的完美匹配。（彈簧機(jī)構(gòu)的彈簧在合閘過程中釋放能量，它的特性與真空斷路器剛好相反，因此必須通過彈簧的特性轉(zhuǎn)換來滿足力與行程關(guān)系曲線。這種轉(zhuǎn)換伴隨著連接機(jī)構(gòu)的高速運(yùn)動(dòng)，不僅降低機(jī)構(gòu)的效率和可靠性，還減小了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的剛性。）
這種配永磁機(jī)構(gòu)戶內(nèi)真空斷路器的特點(diǎn)是：
（1）永久磁鐵與分閘、合閘控制線圈結(jié)合，解決了合閘時(shí)需要大功率能量的問題。
（2）真空滅弧室的動(dòng)觸頭靠永久磁鐵產(chǎn)生的力通過拐臂、絕緣拉桿使其保持在合閘、分閘位置上，取代傳統(tǒng)的機(jī)械鎖扣方式，機(jī)械結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，僅有幾個(gè)活動(dòng)部件，零件總數(shù)約為50件左右，耗材少，節(jié)能且成本低。
（3）操動(dòng)機(jī)構(gòu)無需機(jī)械鎖扣和輔助電器，機(jī)械動(dòng)作的可靠性大大提高，能夠?qū)崿F(xiàn)免維護(hù)，節(jié)省維修費(fèi)用。
（4）真空斷路器采用永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，永磁力可保證100年不消失，該機(jī)構(gòu)壽命高達(dá)10萬(wàn)次，以電磁力進(jìn)行分合閘操作，以永磁力進(jìn)行雙穩(wěn)態(tài)保持，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)鏈，降低了能耗和噪音。開斷能力強(qiáng)，安全可靠。與傳統(tǒng)的彈簧機(jī)構(gòu)和電磁機(jī)構(gòu)相比，機(jī)械壽命至少提高3倍。
（5）采用先進(jìn)的真空滅弧室，額定電流為630A-3150A，額定短路開斷電流為31.5kA—40kA，技術(shù)性能達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
（6）斷路器機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，布局合理。真空滅弧室縱向安裝在絕緣筒內(nèi)，即使在惡劣的環(huán)境下，仍能保持很高的抗爬電性能及絕緣性能。本產(chǎn)品無爆炸、無污染、噪音低、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)。
永磁機(jī)構(gòu)真空開關(guān)產(chǎn)品簡(jiǎn)單劃分有以下3大類：
（1）一種結(jié)構(gòu)形狀為圓柱型(見圖1、2)，采用單穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)，合閘位置采用永磁鎖扣，分閘位置采用彈簧鎖扣，用一個(gè)電磁線圈來完成分合閘操作；
（2）一種是垂直布置的帶有儲(chǔ)能電容的雙穩(wěn)態(tài)永磁結(jié)構(gòu)(見圖)；
（3）一種是橫置式的帶有手分裝置的雙穩(wěn)態(tài)永磁結(jié)構(gòu)(見圖)。
其中雙穩(wěn)態(tài)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理為分閘與合閘及都保持永磁力；單穩(wěn)態(tài)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理為在儲(chǔ)能彈簧的幫助下快速分閘，并保持分閘位置，只有合閘保持永磁力。
新型的單穩(wěn)態(tài)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)斷路器，操動(dòng)機(jī)構(gòu)由順磁硬合金制成。操動(dòng)機(jī)構(gòu)通過磁通保持在合閘位置上。在分閘位置，由分閘彈簧保持住。根據(jù)注入電流的方向，單線圈可以提供合閘和脫扣所需的能量。在每相電極中，單獨(dú)安裝有操動(dòng)機(jī)構(gòu)。這些操動(dòng)機(jī)構(gòu)與同步軸相連，為輔助開關(guān)和連鎖提供控制。這種設(shè)計(jì)在產(chǎn)品的整個(gè)壽命期間可以獲得較高的機(jī)械壽命和免維護(hù)特性。
永磁機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：
（1）真空滅弧室的動(dòng)觸頭靠永久磁鐵產(chǎn)生的力通過拐臂、絕緣拉桿使其保持在合閘、分閘位置上，取代傳統(tǒng)的機(jī)械鎖扣方式，機(jī)械結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，僅有幾個(gè)活動(dòng)部件，零件總數(shù)約為50件左右，耗材少，節(jié)能且成本低。
（2）真空斷路器采用永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，永磁力可保證100年不消失，該機(jī)構(gòu)壽命高達(dá)10萬(wàn)次，以電磁力進(jìn)行分合閘操作，以永磁力進(jìn)行雙穩(wěn)態(tài)保持，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)鏈，降低了能耗和噪音。開斷能力強(qiáng)，安全可靠。與傳統(tǒng)的彈簧機(jī)構(gòu)和電磁機(jī)構(gòu)相比，機(jī)械壽命至少提高3倍。
（3）其吸力特性可以較為理想地滿足真空滅弧室的工作需要真空斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)與其他類型如：空氣、油、SF6斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)有著明顯不同，真空斷路器的滅弧室動(dòng)觸頭行程小(8～12mm)，動(dòng)靜觸頭為平面接觸，合閘時(shí)，動(dòng)靜觸頭為碰撞接觸，為了防止真空斷路器在短路時(shí)，觸頭被巨大的電動(dòng)力斥開，采用觸頭彈簧以使觸頭間有較大壓力(20kA,2000N； 31.5kA,3100N；40kA,5000N),同時(shí)有利于提高分閘速度。
（4）永久磁鐵與分、合閘控制線圈結(jié)合，解決了合閘時(shí)需要大功率能量的問題，因此，降低了分、合閘控制線圈的電流。也減小了操作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和物理尺寸。
（5）操動(dòng)機(jī)構(gòu)無需機(jī)械鎖扣和輔助電器，機(jī)械動(dòng)作的可靠性大大提高，真正實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)。
（6）由ABB在英國(guó)和美國(guó)的工程師聯(lián)合開發(fā)了一種新型VM1型真空斷路器，采用了僅有7個(gè)活動(dòng)元件組成的磁力驅(qū)動(dòng)裝置代替有數(shù)百個(gè)零件組成的傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)。其分合閘位置均靠永久磁鐵的磁能保持。采用這種無磨損的真空斷路器機(jī)構(gòu)在其10萬(wàn)次的操作壽命中不需維修，是傳統(tǒng)真空斷路器壽命的三倍，可節(jié)省維修費(fèi)用。VM1的創(chuàng)新還包括將真空滅弧室用環(huán)氧樹脂完全澆注形成一體，這樣可不受外界因素的影響。真空滅弧室額定短路開斷電流的次數(shù)為100次。VM1真空斷路器的額定電壓目前為12kV、17kV和24kV，額定電流為630-1250A，額定短路開斷電流為20kA或25kA。更高電壓等級(jí)和大開斷能力的產(chǎn)品正在研制中。
（7）荷蘭Holec的MMS型真空斷路器采用永磁機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，其短路開斷電流為31.5kA。該操動(dòng)機(jī)構(gòu)中，合閘、合閘保持和分閘的磁路是分開的，且只有真空滅弧室的合閘位置是靠永久磁鐵保持的，機(jī)構(gòu)的終止位置是分閘位置，其分閘動(dòng)作基本上是被動(dòng)的，不需要提供額外的能量，僅靠觸頭彈簧和分閘彈簧的力完成。
在中國(guó)國(guó)內(nèi)的應(yīng)用推廣上，由于某些較早進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的國(guó)際知名大公司選擇了雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)作為真空斷路器的研發(fā)方向，且不論這種選擇是否恰當(dāng)，都 在一定程度上對(duì)中國(guó)市場(chǎng)，尤其對(duì)中國(guó)國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)起到了引導(dǎo)作用。今天，我們所看到的中國(guó)企業(yè)自行開發(fā)的永磁真空斷路器都是雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的。
雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)在中國(guó)問世以來，在實(shí)際應(yīng)用中也出現(xiàn)了一些問題，其中，有些問題來自設(shè)計(jì)缺陷，有些則是產(chǎn)品質(zhì)量問題；但是這些問題的出現(xiàn)給整個(gè)永磁機(jī)構(gòu)的應(yīng)用帶來了一些陰影。
雙穩(wěn)態(tài)永磁真空斷路器并沒有解決傳統(tǒng)彈操斷路器機(jī)械零部件和傳動(dòng)部件過多的問題。下面列表分析單穩(wěn)態(tài)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)真空斷路器與雙穩(wěn)態(tài)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)真空斷路器的特點(diǎn)。
單穩(wěn)態(tài)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)真空斷路器代表產(chǎn)品：ISM特點(diǎn)1）尖端材料科研成果，非NDB，穩(wěn)定性不受充磁、去磁過程或溫度變化影響2）操作所需要的能量小，合閘50W，分閘能量小于1焦耳3）電磁合閘、永磁保持、彈簧分閘，剛合速度和剛分速度均為最大4）每相一個(gè)操動(dòng)機(jī)構(gòu)；完全直線運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)效率最高5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直動(dòng)式斷路器，可全面克服機(jī)械故障6）可以手動(dòng)分閘7）不能進(jìn)行手動(dòng)合閘
雙穩(wěn)態(tài)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)真空斷路器代表產(chǎn)品：大多數(shù)永磁機(jī)構(gòu)斷路器特點(diǎn)1）從原理上可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)合閘2）只能使用矯頑力大于106 Am的稀土材料NDB。鐵芯材料需使用價(jià)格較貴的硅鋼片。生產(chǎn)成本高3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件較多，不能完全克服機(jī)械故障4）分閘操作與合閘操作耗能相同，都比較大5）分閘操作與合閘操作及保持都*永磁力，難以解決分閘速度呈馬鞍形問題；與真空開關(guān)的負(fù)載特性不匹配
永磁機(jī)構(gòu)的技術(shù)難點(diǎn)：（1） 驅(qū)動(dòng)功率要小，體積也要??；（2 ）電子控制系統(tǒng)的高可靠性；（3）手動(dòng)分閘的初分速度要足夠大；
永磁機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的應(yīng)用可靠性問題
對(duì)于電子操動(dòng)系統(tǒng)，可靠性體現(xiàn)在能源部分的失效問題，在控制部分是電磁兼容問題，在磁系統(tǒng)中則是磁性能劣化問題。
（1）能源部分的可靠性問題
電子操動(dòng)的能源系統(tǒng)主要元件是儲(chǔ)能電容器，其失效原因主要是過電壓、高溫運(yùn)行，以及介質(zhì)老化。在有一定過電壓保護(hù)的情況下，長(zhǎng)期使用中的主要問題是溫升，這在設(shè)計(jì)電子器件的安裝位置時(shí)加以充分考慮，避免造成較大的溫升。
（2）磁系統(tǒng)的可靠性問題
永磁性材料磁性能的劣化是人們?cè)诮邮苡来艡C(jī)構(gòu)時(shí)所關(guān)注的另一個(gè)問題。其中工作條件造成的退磁劣化，如交變磁場(chǎng)下引起磁性能退化，應(yīng)由工況設(shè)計(jì)解決；隨時(shí)間推移的自然劣化則應(yīng)在出廠工藝處理方面和冗余設(shè)計(jì)方面給予解決，如永磁鐵充磁后出廠前，根據(jù)可能遇到的情況人工退掉10%左右的剩磁，可以提高磁穩(wěn)定性。
（3）控制系統(tǒng)的可靠性問題
電子操動(dòng)的控制系統(tǒng)涉及微電子器件，工作電壓和信號(hào)傳遞電平低，耐壓水平低，外界電磁場(chǎng)干擾很容易使其失效或損壞，而這種情況對(duì)于傳統(tǒng)開關(guān)電器的影響是不大的，因此，電磁兼容是電子操動(dòng)系統(tǒng)要添加的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。國(guó)際電工委員會(huì)1990年發(fā)布了IEC 1000—4《電氣與電子設(shè)備的電磁兼容性》的實(shí)驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)，以后，在IEC 694《高壓封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》中又引用上述標(biāo)準(zhǔn)，要求相關(guān)的控制設(shè)備除滿足例行實(shí)驗(yàn)要求外，還要進(jìn)行電磁兼容實(shí)驗(yàn)。主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括輻射電磁場(chǎng)干擾實(shí)驗(yàn)、振蕩波干擾實(shí)驗(yàn)、舜變脈沖串實(shí)驗(yàn)和靜電放電實(shí)驗(yàn)。
控制系統(tǒng)的電磁兼容與可靠性是除方案設(shè)計(jì)外的技術(shù)關(guān)鍵，人們?cè)谶@一領(lǐng)域已做了大量的工作，有很多成熟而有效的措施可以借鑒。在組成系統(tǒng)時(shí)，元件的可靠性及使用壽命是至關(guān)重要的。從線路板的設(shè)計(jì)到元件的選型、篩選、老化及線路的焊接工藝，都要嚴(yán)格按照電子線路可靠性與電磁兼容的要求處理。
提高控制單元可靠性的設(shè)計(jì)
作為配永磁機(jī)構(gòu)的戶內(nèi)真空斷路器中的重要組成部分的控制單元，在設(shè)計(jì)中為達(dá)到高可靠性，必須遵循以下幾個(gè)非常重要的原則。1)設(shè)計(jì)思路的完整性；2)電子元器件的優(yōu)化選擇；3)嚴(yán)格的型式及出廠試驗(yàn)；4)電磁兼容性?；谏鲜鰡栴}，下面就生產(chǎn)制造過程中可能遇到的問題及對(duì)永磁機(jī)構(gòu)中的控制單元的高可靠性進(jìn)行分析。
設(shè)計(jì)思路的完整性
2.配永磁機(jī)構(gòu)的真空斷路器中控制單元要在較短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出，并應(yīng)用于永磁機(jī)構(gòu)。單純靠簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)是滿足不了高可靠性設(shè)計(jì)要求的，設(shè)計(jì)電源線路復(fù)雜，若設(shè)計(jì)思路混亂，稍有疏忽就會(huì)造成不可挽回的重大損失。因此必須擁有一批高技術(shù)人員，進(jìn)行廣泛的調(diào)研、方案論證，參照電氣行業(yè)及機(jī)電行業(yè)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，并且具備精確的檢測(cè)設(shè)備和高性能的試驗(yàn)設(shè)備，這是設(shè)計(jì)高可靠性控制單元必可少的軟硬件基礎(chǔ)。
在設(shè)計(jì)配永磁機(jī)構(gòu)的真空斷路器控制單元的整個(gè)過程中，經(jīng)過廣泛的調(diào)研、方案論證，并充分吸取彈操機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮可靠性、免維護(hù)性、智能型、擴(kuò)展性、實(shí)用性，針對(duì)，目前彈操機(jī)構(gòu)加工零部件多，加工精度差，故障多等方面進(jìn)行了充分的完整性設(shè)計(jì)考慮。這些都是設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一，是必不可少的前期工作，是保證設(shè)計(jì)思路清晰的先決條件。電氣行業(yè)及機(jī)電行業(yè)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)是在設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中必須嚴(yán)格遵守的原則。
配永磁機(jī)構(gòu)的真空斷路器必須保證可靠的分、合閘，決不允許出現(xiàn)其它諸如中間狀態(tài)等故障位置，一旦出現(xiàn)故障位置，應(yīng)及時(shí)分閘并報(bào)警。這就要求設(shè)計(jì)人員必須充分考慮這些問題，在設(shè)計(jì)中要設(shè)計(jì)可靠的分閘或合閘位置檢測(cè)功能，采用安裝方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，體積小，功耗低，檢測(cè)距離可調(diào)，抗干擾性強(qiáng)的電子接近開關(guān)來檢則開關(guān)的分、合閘狀態(tài)，這一點(diǎn)就比彈操機(jī)構(gòu)考慮得要周到，更可靠，更智能化。
控制器的設(shè)計(jì)還要考慮具備防跳功能，這也是在設(shè)計(jì)過程中需考慮到的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。當(dāng)真空斷路器的控制電路同時(shí)接收到分、合閘命令時(shí)，只響應(yīng)分閘命令，同時(shí)封鎖合閘命令；當(dāng)發(fā)出合閘命令后，未取消合閘命令隨即又發(fā)出分閘命令(或因過流、欠壓等故障原因)，此時(shí)合閘到位后即刻響應(yīng)分閘命令，同時(shí)封鎖合閘命令，使其不會(huì)出現(xiàn)跳躍現(xiàn)象，相當(dāng)于傳統(tǒng)機(jī)械操動(dòng)機(jī)構(gòu)中防跳繼電器部分，但電路更簡(jiǎn)單、無觸點(diǎn)，可靠且穩(wěn)定，體積小，成本也非常低。
3.電子元器件的優(yōu)化選擇
眾所周知，電子元器件的優(yōu)化選擇是保證整個(gè)設(shè)計(jì)工作順利完成必不少的程序之一。在設(shè)計(jì)永磁機(jī)構(gòu)控制單元時(shí)，電子元器件的優(yōu)化選擇必須始終貫徹于設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中。選擇何種元器件作為電源就是首當(dāng)其沖要考慮的問題之一。
電容器作為電源具有許多潛在的優(yōu)點(diǎn)。電容器的充電時(shí)間較短，可采用具有濾波或非濾波、穩(wěn)壓或非穩(wěn)壓的直流輸出的任何一種常規(guī)電源裝置對(duì)其充電。因不必考慮充電過量的危險(xiǎn)，所以不要求對(duì)精確的充電電流和充電時(shí)間進(jìn)行監(jiān)視。電容器的充、放電周期也幾乎是無限的。電容器作為電源，在使用中不存在化學(xué)污染或電極氧化問題，可以經(jīng)受數(shù)次短路，并可放電至任意電平都不會(huì)受損壞。除此之外，電容器還可以很容易地并聯(lián)使用，而不會(huì)產(chǎn)生并聯(lián)電池之間的偏置電流那樣的側(cè)流效應(yīng)問題。因此，戶內(nèi)配永磁機(jī)構(gòu)的真空斷路器中的電源設(shè)計(jì)，我們采用電容器放電的方式是相對(duì)可靠的。
當(dāng)然，用電容器作為電源也要充分考慮電容器的質(zhì)量及壽命?，F(xiàn)代的電解質(zhì)電容器具有很高的質(zhì)量及相當(dāng)長(zhǎng)壽命。圖3給出了國(guó)外現(xiàn)代電解電容使用年限t與環(huán)境溫度T的關(guān)系。即使在相對(duì)較高的運(yùn)行溫度5512時(shí)，其運(yùn)行壽命至少可達(dá)5至8年。
在設(shè)計(jì)給電容器充電的電源時(shí)，同樣必須考慮高可靠性。開關(guān)電源相對(duì)于線性電源，在設(shè)計(jì)電源方案時(shí)均考慮了電源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具備寬范圍電壓輸入(65％～120％額定電壓)，穩(wěn)定的電壓(1X2100V)輸出及電磁兼容性。而且為交直流兩用，具有體積小、效率高、穩(wěn)壓范圍寬、穩(wěn)壓精度高、紋波小等優(yōu)點(diǎn)，在動(dòng)態(tài)負(fù)載特性和電磁兼容性兩方面更具特色和優(yōu)勢(shì)。
因此，戶內(nèi)永磁機(jī)構(gòu)中的電源設(shè)計(jì)從最經(jīng)濟(jì)、最安全、最可靠等方面來考慮，采用開關(guān)電源為電容器充電，而后采用電容器放電的方式是比較合理的。
但是，開關(guān)電源也是由電子元件組成，其可靠性同樣也很重要，不僅要考慮元器件的可靠性，而且要考慮裝焊后的抗震性。因此開關(guān)電源的選擇尤其重要。必須選擇經(jīng)電源行業(yè)認(rèn)證過，有經(jīng)營(yíng)許可證，守信譽(yù)的開關(guān)電源廠家。
分、合閘線圈為直流線圈，用傳統(tǒng)的方法開斷大容量直流(幾十安培)是比較復(fù)雜的。當(dāng)今電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展十分迅速，以 MOS結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管 MOSFET等器件的特點(diǎn)是開關(guān)頻率高，輸入阻抗高，用電壓控制。
功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管簡(jiǎn)稱功率MOSFET，是由柵極和經(jīng)過作為絕緣物的硅氧化膜，在硅基片形成的源領(lǐng)域和漏領(lǐng)域構(gòu)成。
現(xiàn)代的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET開關(guān)管，由于工藝結(jié)構(gòu)技術(shù)的不斷改進(jìn)，先進(jìn)工藝的采用，使功率MOSFET具有很高的質(zhì)量及相當(dāng)快的開關(guān)能力，輸入阻抗高，用單電源電壓控制，且器件的體積小，開關(guān)頻率高，因此驅(qū)動(dòng)控制非常簡(jiǎn)單，功耗小，可采用集成驅(qū)動(dòng)電路，從而大大簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)電路，縮小了裝置體積，提高了系統(tǒng)的效率和可靠性。另外，功率MOSFET開關(guān)管較之其它電力半導(dǎo)體器件有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，即易于并聯(lián)使用，且器件的體積小，驅(qū)動(dòng)控制非常簡(jiǎn)單。
但采用單一的功率MOSFET開關(guān)管進(jìn)行斷路器的分合閘操作，存在一個(gè)與機(jī)構(gòu)配合問題，即此控制電路不能很好解決分閘與合閘線圈互感問題，分閘速度受影響，而且功耗較大。針對(duì)此問題，新設(shè)計(jì)出的控制器iSPM300系列產(chǎn)品，徹底解決了分閘與合閘線圈互感問題，降低了功耗，而且斷路器分閘速度有明顯的提高。例如31．5kA斷路器使用先前設(shè)計(jì)的控制器，分閘速度僅在0．9m／s至1．0m／s，始終無法超過1．0m／s，特別是對(duì)于40kA斷路器，更是難以辦到的事。現(xiàn)在使用新設(shè)計(jì)出的控制器iSPM300系列產(chǎn)品，它是采用高可靠性的功率MOSFET開關(guān)管與晶閘管有機(jī)的結(jié)合，既保證開關(guān)可靠的分合閘，又可有效地降低功耗，減少無用功，提升斷路器分閘速度，降低真空滅弧室電磨損，提高斷路器的使用壽命。無論是31．5kA斷路器，還是40kA斷路器，分閘速度都提升到1．0m／s至1．2m／s，有了質(zhì)的飛躍。經(jīng)過嚴(yán)格的3萬(wàn)次壽命考核，控制器使用一切正常，充分證明了控制器的高可靠性。
提高控制單元可靠性設(shè)計(jì)的保障
1.嚴(yán)格的電子元器件人廠檢驗(yàn)及老化篩選
嚴(yán)格的電子元器件人廠檢驗(yàn)及老化篩選是確保控制單元高可靠性的前期準(zhǔn)備工作，是必不可少的重要環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)配永磁機(jī)構(gòu)的真空斷路器控制單元時(shí)，必須考慮這一問題。電子元器件的入廠檢驗(yàn)都必須經(jīng)過專人專項(xiàng)負(fù)責(zé)，通過合格的檢測(cè)設(shè)備(如精密電阻測(cè)量?jī)x，電容電感測(cè)試儀，集成電路測(cè)試儀，耐壓檢測(cè)儀，高低溫測(cè)試箱等)，進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，并做好每一項(xiàng)記錄，基本上做到100％檢驗(yàn)，為最終設(shè)計(jì)目標(biāo)打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
電子元器件的老化篩選也是很重要的一環(huán)，將電子元器件放人高、低溫老化箱進(jìn)行高、低溫老化篩選是考驗(yàn)電子元器件性能好壞的最好手段。這也是確保控制單元高可靠性前期準(zhǔn)備工作中必不可少的重要環(huán)節(jié)。
2.高質(zhì)量的元器件裝焊及檢驗(yàn)
（1）高質(zhì)量的元器件裝焊是保證控制單元正常工作的重要環(huán)節(jié)。錯(cuò)焊、虛焊、漏焊都會(huì)造成控制單元無法正常工作，甚至造成控制單元嚴(yán)重?fù)p壞，因而元器件裝焊后的嚴(yán)格檢驗(yàn)也是必不可少的。
（2）為確保質(zhì)量，首先必須將焊接工作明文規(guī)定為特殊工種，其次必須制定嚴(yán)格的工藝文件及檢驗(yàn)測(cè)試文件。在裝焊永磁機(jī)構(gòu)控制單元時(shí)，采用波峰焊機(jī)進(jìn)行焊接，足以確保焊接質(zhì)量，裝焊完后再進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，并做好各項(xiàng)記錄，以確?？刂茊卧？煽抗ぷ鳌?div style="height:15px;">
嚴(yán)格的調(diào)試工作是保障控制單元可靠工作的重要環(huán)節(jié)，不能有絲毫的馬虎。調(diào)試工作是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，需要細(xì)致周到。
在調(diào)試配永磁機(jī)構(gòu)的真空斷路器控制單元時(shí)，編制嚴(yán)格的調(diào)試工藝文件、質(zhì)量跟蹤卡等技術(shù)文件，并應(yīng)專門設(shè)計(jì)一套調(diào)試用模擬平臺(tái)，模擬現(xiàn)場(chǎng)工作發(fā)送各類信號(hào)，諸如分、合閘信號(hào)；過流、欠壓信號(hào)等，并可以使用進(jìn)口Tektronix示波器等設(shè)備觀測(cè)信號(hào)輸入及信號(hào)響應(yīng)波形，記錄在案。由各信號(hào)輸入接口逐級(jí)向后監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)響應(yīng)波形，調(diào)試起來得心應(yīng)手，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)解決問題，不會(huì)留下任何潛在的問題，可確?？刂茊卧踩煽抗ぷ?。
嚴(yán)格的型式試驗(yàn)及出廠試驗(yàn)是確?？刂茊卧呖煽啃缘淖詈笃琳稀Ｓ绕涫切褪皆囼?yàn)及出廠試驗(yàn)中的高、低溫試驗(yàn)及壽命試驗(yàn)。
環(huán)境溫度是隨著氣候變化而變化的，炎熱的夏季、寒冷的冬季，環(huán)境溫度變化特別大，高溫可以達(dá)到+5512以上，低溫可以達(dá)到—2012以下，要適應(yīng)如此變化多端的環(huán)境，控制器系統(tǒng)在出廠前就必須嚴(yán)格按國(guó)家電氣行業(yè)及機(jī)電行業(yè)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)做高、低溫試驗(yàn)及壽命試驗(yàn)。
在設(shè)計(jì)配永磁機(jī)構(gòu)的真空斷路器控制單元時(shí)，必須考慮這一問題。電子元器件的優(yōu)化選擇都是為最終設(shè)計(jì)目標(biāo)而作出的準(zhǔn)備工作，為通過高、低溫試驗(yàn)及壽命試驗(yàn)打下了良好的基礎(chǔ)。
電子元件和設(shè)備對(duì)電磁干擾(即靜電、傳導(dǎo)的電氣干擾和輻射電磁場(chǎng)的干擾)較敏感，尤其是“高頻”和“瞬態(tài)”現(xiàn)象，因此必須采取多種形式及措施加以解決，否則就會(huì)因電氣和電磁的干擾而引起機(jī)電設(shè)備和系統(tǒng)的誤動(dòng)作、損壞等，造成直接經(jīng)濟(jì)損失。
電磁兼容性的考核對(duì)作為永磁機(jī)構(gòu)中的重要組成部分的控制單元是必不可少的。在設(shè)計(jì)永磁機(jī)構(gòu)中的控制單元的整個(gè)過程中，都必須從多方面加以電磁兼容性的考慮。
如手動(dòng)、自動(dòng)分合閘控制電路，由兩組電氣絕緣達(dá)到2．5kV的光電隔離器與控制驅(qū)動(dòng)電路隔離，可屏蔽外接電源的干擾；位置感應(yīng)傳感器探測(cè)出的分、合閘位置通過電氣絕緣達(dá)到2。5kV的光電隔離器向控制驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出位置信號(hào)；位置感應(yīng)傳感器探測(cè)出不允許的中間位置，亦會(huì)通過電氣絕緣達(dá)到2．5 kV的光電隔離器向控制驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出位置信號(hào)，則控制器立即封鎖外部操作的分、合閘信號(hào)，同時(shí)立即自動(dòng)給出分閘命令，使斷路器立即分閘；另外所有的對(duì)外輸入、輸出電路均通過電氣絕緣達(dá)到2．5kV的光電隔離器隔離，這樣便可在一定程度上屏蔽外接電源及信號(hào)的干擾。
如今，隨著科技的飛速發(fā)展，電力半導(dǎo)體器件自身的抗干擾能力也在不斷加強(qiáng)，采用合格的電力半導(dǎo)體器件，再加以適當(dāng)?shù)钠帘危鸵欢軡M足電磁兼容性的要求。
綜上所述，在設(shè)計(jì)永磁機(jī)構(gòu)中的控制單元時(shí)，只要充分考慮了上述的幾項(xiàng)原則和問題，就能設(shè)計(jì)出高可靠性的控制單元，使配永磁機(jī)構(gòu)的真空斷路器水平提高一大步，更加安全、可靠，且成本低、體積小，更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，滿足免維護(hù)的需求。
