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構的結構和原理介紹，結合實際運用情況，指出永磁操作機構在電氣控制和機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。

　　關鍵詞：真空斷路器,永磁機構,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構常用的有三類，一是電磁操動機構、二是彈簧操動機構、三是永磁操動機構。電磁操作機構已使用50多年，技術落后，操作功率大，合閘時間長，對電源要求高，而且機械部分故障率高;彈簧操動機構現在廣泛應用的，它是利用彈簧能進行分合閘操作，合閘速度快而且合閘電流小，從而對電源要求低，但彈簧機構也有其自身不可克服的缺點：零件數量多約為200個，加工精度高，制造工藝復雜，成本高，產品可靠性不易保證，機構動作沖擊力大，輸出力特性與本體反力特性配合較差;永磁操作機構突破了傳統操作機構的原理，構思巧妙，技術上有較大創新，已成為真空斷路器操作機構的發展趨勢，優點是結構簡單，零部件少，可靠性高。

　　二、永磁機構的原理

　　真空斷路器永磁操作機構是一種永磁保持的電磁操作機構。永磁機構按照在分閘操作時的不同可分為單穩態永磁機構和雙穩態永磁機構。雙穩態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。而單穩態是指永磁鐵只對動鐵芯在合閘位置進行保持。本文主要介紹的雙穩態單線圈永磁機構，如圖1所示，永磁機構由靜鐵芯 、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

　　當永磁機構處于分閘位置時動鐵芯保持在下端。當斷路器接到合閘指令時，機構的電磁線圈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。電磁線圈產生的電磁場和永磁體的永磁場正向疊加產生的向上電磁力，使動鐵芯便向上運動，實現合閘并給分閘彈簧儲能。合閘完成后靠永磁體的吸力使機構保持在合閘狀態。

　　2、電動分閘

　　當永磁機構處于合閘位置時，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生與永磁體磁場相反方向的磁場，電磁線圈產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，動鐵芯向下運動，實現永磁機構的分閘。分閘完成后靠永磁體的吸力使機構保持在分閘狀態。

　　三、存在的不足及需改進方面

　　永磁機構結構比較簡單，體積小，重量輕。由于機構部件少且僅有一個運動部件，則故障率也隨之減少，故機構可靠性高，壽命長且維護工作量少。雖然永磁機構有上述優點，但是仍存在以下幾方面的缺點和不足：

　　1、永磁機構在電氣控制部分存在不足

　　本文介紹的永磁機構采用直流接觸器控制方式，如圖2所示。當接到合閘指令時，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。當接到分閘指令時，直流接觸器FC線圈受電，FC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。

　　永磁操作機構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、接點粘連等問題常有發生。實際運用中永磁機構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。當直流系統中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。

　　和其它操作機構相比，永磁機構的斷路器切除故障的時間略長，因為分閘時直流接觸器FC有啟動時間，一般在0.03S以內。當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的常閉節點進行閉鎖，只有當直流接觸器HC返回時直流接觸器FC才能啟動。永磁機構的斷路器切除故障時間長，不利于各級保護間的配合。如果一個牽引變電所的進線斷路器保護時限為0.2S，饋線斷路器保護時限為0.1S，經常會在接觸網永久故障引起饋線斷路器跳閘后重合成功后頂跳進線斷路器。如將進線斷路器保護時限為0.3S后就不會發生類似故障。

　　由于永磁機構采用單線圈，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。建議永磁機構增加一個分閘線圈TQ，和原電磁線圈放在同一側，原電磁線圈為合閘線圈HQ。兩個電磁線圈放在同一側并且兩個電磁線圈電流流通方向相反，其原理和雙穩態單線圈相同。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。改進后的永磁機構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、永磁操作機構在機械方面存在的問題

　　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，操作機構都應時斷路器可靠分閘。自由脫扣裝置可防止斷路器發生“跳躍”現象。CD型電磁操作機構自由脫扣由連桿機構組成，穩定可靠，動作靈活。彈簧操作機構依靠釋放分閘彈簧也可達到“合中能分”的要求。永磁機構只有一個運動部件，無法實現自由脫扣的功能，滿足不了電磁操作機構應具有自由脫扣裝置的要求。這是永磁機構最大的劣勢。

　　彈簧機構的斷路器在失去直流電源的情況下，可以帶電手動進行分合閘操作。永磁機構因無儲能裝置，所以不能手動合閘送電，這一點遠不如彈簧機構。建議在永磁機構合閘回路加裝儲能裝置。

　　綜合上述永磁機構有自己的獨特優點，但尚有不足之處，如能將永磁操作機構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。所以永磁機構需要改進完善。

　　三、結束語

　　雖然永磁操作機構是一種新設備、新技術，在實際的運用中有著別的操作機構不能比擬俺的優點，但是，現今運行的永磁操作機構還存在一些缺點和不足，還需在實際運用中去發現和完善，隨著科技的發展，永磁機構必將走向成熟，性能更加完善，永磁操作機構終將是真空斷路器操作機構發展的方向。

　　參考文獻：

　　[1]林永順，牽引變電所，北京：中國鐵道出版社，1995。

　　[2]ZN-27.5型電氣化鐵道戶內永磁機構真空斷路器說明書，溫州益坤電氣有限公司，2007。