【正文】 ..................................................................27 本章小結(jié) ............................................................................................................................285 控制系統(tǒng)抗干擾設(shè)計及系統(tǒng)調(diào)試 ...............................................28 控制系統(tǒng)硬件抗干擾設(shè)計 ................................................................................................29 控制系統(tǒng)軟件抗干擾設(shè)計 ................................................................................................29 控制系統(tǒng)調(diào)試 ....................................................................................................................31 準備條件..........................................................................................................................31 的 編解碼輸出 測試 ...............................................................................................31 永磁操動機構(gòu)控制系統(tǒng)性能測試..................................................................................31 本章小結(jié) ............................................................................................................................326 結(jié)論 ...............................................................................................32謝 辭 .................................................................................................33參考文 獻： .........................................................................................34附 錄 1..............................................................................................35附 錄 2..............................................................................................40引言斷路器是電力系統(tǒng)中十分重要的電氣設(shè)備，它起著開斷和關(guān)合正常與故障線路的作用，其操作性能對電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定及經(jīng)濟運行至關(guān)重要?？諝鈹嗦菲骱陀蛿鄶嗦菲鹘陙硪呀?jīng)被 SF6 斷路器所取代，而真空斷路器主要應(yīng)用于中壓短路裝置中。傳統(tǒng)操動機構(gòu)零部件數(shù)量多，傳動關(guān)系復雜，可靠性不高，經(jīng)常發(fā)生故障，不僅導致電路不能正常供電,甚至會危及電路及用電設(shè)備的安全。具有很廣闊的發(fā)展前景。1 緒論IEEE 開關(guān)設(shè)備委員會斷路器可靠性工作小組在全球范圍內(nèi)對高壓斷路器可靠性的研究中指出，在高壓斷路器的各種故障中機械故障方面的原因占了 70%，輔助電路和控制電路的故障占了 19%。永磁操動機構(gòu)是近幾年正在發(fā)展的一種新型操動機構(gòu)，它是一種用于中壓真空斷路器的永磁保持、電子控制的高可靠性的操動機構(gòu)。按機構(gòu)在分閘操作的不同將永磁機構(gòu)分為電磁操動（也即俗稱的雙穩(wěn)態(tài)）和彈簧操動（也即俗稱的單穩(wěn)態(tài)）兩種形式，從線圈數(shù)目上又可分為雙線圈式與單線圈式。儲能元件一般選用電容器或是蓄電池，瞬時釋放高能量的脈沖電能，以此提供分合閘所需要能量。因此，研究真空斷路器永磁操動機構(gòu)對于保證供電的可靠性、穩(wěn)定性，改善供電質(zhì)量，切實提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和工作效率具有重要意義。在中壓領(lǐng)域，目前使用的斷路器主要有三種類型：少油斷路器、SF6 斷路器、真空斷路器。 傳統(tǒng)中壓斷路器的操動機構(gòu)最早的油斷路器的操動機構(gòu)絕大多數(shù)是利用直流電磁能量進行操作，通過直流線圈或電動機將電能轉(zhuǎn)換為機械能。和其他操動機構(gòu)相比，液壓機構(gòu)具有操作出力大，操動特性好的優(yōu)點。彈簧操動機構(gòu)的關(guān)鍵部件為合閘彈簧和分閘彈簧。在合閘過程中，合閘彈簧儲能，用作分閘動力。但是其傳動機構(gòu)復雜，故障率較高，運動部件多，制造工藝要求也較高。但是電磁機構(gòu)本身的缺點限制了合閘速度的提高而且合閘時間較長，電壓波動對合閘速度影響較大。 真空斷路器對操動機構(gòu)的要求在斷路器發(fā)展的不同階段，占主導地位的操動機構(gòu)形式有所不同。真空斷路器的行程很小，而由于對接式觸頭合閘保持力大，機構(gòu)必須保證在開關(guān)合閘到位時有足夠大的力來克服觸頭壓力，且不允許發(fā)生斷路器合不上或出現(xiàn)嚴重的觸頭彈跳。真空斷路器由于采用真空滅弧，滅弧時間短，電弧電壓低，電弧能量小，觸頭磨損少，因而分斷次數(shù)多，使用壽命長，且適用于頻繁操作，其機械壽命從傳統(tǒng)的兩千次躍增為幾萬次。無論是電磁操動機構(gòu)還是彈簧操動機構(gòu)都有各自的局限性，使得操動機構(gòu)的可靠性得不到很大提高。⑵與真空斷路器的反力特性的配合。真空斷路器的觸頭行程很小，合閘過程中在觸頭接觸前只要很小的驅(qū)動力，一旦觸頭閉合，就需要很大的永磁保持力來壓縮彈簧以獲得足夠的觸頭壓力。合閘時要求操動機構(gòu)不給運動系統(tǒng)附加過多的運動慣量，以提高分閘初始加速度。是一種永磁保持、電子控制的高可靠性的操動機構(gòu)。簡單的結(jié)構(gòu)和零部件的大幅減少使開關(guān)機械系統(tǒng)可靠性大大提高，從而實現(xiàn)免維護運行。歐洲以英國和德國為代表。對于斷路器的這種智能化趨勢，國際上提出了“智能斷路器”（Intelligent Circuit Breaker）的概念。和傳統(tǒng)的彈簧機構(gòu)相比，永磁操動機構(gòu)的零部件減少了大約百分之四十，這就使它的可靠性大大提高。⑵永磁操動機構(gòu)采用永磁來產(chǎn)生保持力，由于永磁材料的良好工作性能，不會產(chǎn)生傳統(tǒng)操動機構(gòu)的漏油、失效等故障，易實現(xiàn)免維護運行。⑷永磁操動機構(gòu)傳動機構(gòu)非常簡單，由分合閘線圈的勵磁電流產(chǎn)生的磁場直接驅(qū)動動鐵心，動鐵心又直接和斷路器的主軸相連。 國內(nèi)外對永磁操動機構(gòu)的研究現(xiàn)狀在中壓開關(guān)領(lǐng)域圍繞永磁操動技術(shù)的研究開始于 20 世紀 80 年代末。1989 年英國曼徹斯特大學系統(tǒng)與能量組為 GEC 公司設(shè)計了一臺永磁操動機構(gòu)模型。1995 年英國的Whippamp。1997 年 ABB Calor Emag 開關(guān)設(shè)備公司在德刊上介紹了它們最新研制的 VM1 型配永磁操動機構(gòu)的真空斷路器，接著于 1998 年在漢諾威博覽會上展出了樣品，引起了各制造公司的極大重視。采用電容器作為充放電元件，可以實現(xiàn)重合閘操作。VM1 型真空斷路器的外形及操動機構(gòu)系統(tǒng)簡圖如下所示： 圖 11 VM1 型真空斷路器機構(gòu)外形 圖 12 斷路器永磁操動機構(gòu)與觸頭剖面圖由英國 IPEC 公司開發(fā)制造的用于中壓開關(guān)裝置的電磁驅(qū)動器(MAGACT)也于幾年前推向市場，其工作原理大致相同。與 ABB 公司產(chǎn)品不同之處在于，該公司將永久磁鐵由靜鐵心移到動鐵心上，且操作時所需的電能大為降低。例如法國 Alsthon Tamp。還有日立公司研制的 低維修率的永磁操動機構(gòu)真空斷路器，采用輸出功低于 DC100V，7A 的小電源控制。永磁操動機構(gòu)以零部件數(shù)量少、可靠性等優(yōu)點吸引了越來越多目光的關(guān)注。該斷路器具有零部件少、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、壽命長（機械壽命高達 10 萬次） 、免維護等特點。目前國內(nèi)永磁操動機構(gòu)的研制主要集中在 12KV— 的真空斷路器上，并已有多種型號的開關(guān)通過了型式試驗。針對目前的現(xiàn)狀，努力發(fā)展國產(chǎn)真空斷路器，并盡快拿出與國外先進產(chǎn)品媲美的真空斷路器來提高競爭力具有重要意義。 本課題的研究內(nèi)容與意義隨著配電自動化功能的不斷完善以及遵循功能下放的原則，配電自動化開關(guān)設(shè)備僅僅實現(xiàn)簡單的合閘和分閘功能是不夠的，而要從配電網(wǎng)系統(tǒng)功能優(yōu)化的角度綜合實現(xiàn)在線監(jiān)測與保護等新功能。此外，永磁機構(gòu)技術(shù)是電工學、力學、計算方法、電力電子技術(shù)、微機技術(shù)、控制理論及新興材料科學在斷路器上的綜合應(yīng)用。 本文的主要工作在實驗室前期研究的基礎(chǔ)上，本文主要進行了中壓真空斷路器永磁操動機構(gòu)控制技術(shù)的研究，對于永磁操動機構(gòu)的本體與磁路設(shè)計不做研究。按照永磁機構(gòu)在分閘操作時的不同，永磁機構(gòu)可以分為電磁操動（即俗稱的雙穩(wěn)態(tài)）和彈簧操動（即俗稱的單穩(wěn)態(tài)）兩種形式。論文整體分為六章，其結(jié)構(gòu)安排如下:第一章緒論指出了課題的來源、研究背景和研究的意義，介紹了國內(nèi)外高壓真空斷路器智能控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀，闡述了本課題的主要研究內(nèi)容與論文結(jié)構(gòu)安排。第三章單線圈永磁操動機構(gòu)控制裝置硬件設(shè)計，詳細闡述了真空開關(guān)斷路器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計整體框架結(jié)構(gòu)，給出了真空斷路器控制系統(tǒng)的分模塊設(shè)計方案，詳細說明了控制系統(tǒng)各硬件模塊的作用及功能實現(xiàn)。第五章提出了控制系統(tǒng)的抗干擾性設(shè)計，分析了干擾的來源，從硬件和軟件方面改進了相關(guān)的抑制措施。第六章得出結(jié)論，總結(jié)了本文所做的工作，并得出一些有用的經(jīng)驗、技巧。傳動機構(gòu)簡單，動鐵心直接和斷路器的主軸相連，由分合閘線圈的勵磁電流產(chǎn)生的磁場直接驅(qū)動動鐵心。 永磁操動機構(gòu)的分類永磁機構(gòu)按照外形可分為圓柱形和方形兩種，按照機構(gòu)在終端位置的保持方式大體可以分為單穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)兩大類。目前永磁機構(gòu)形式主要有雙線圈式永磁機構(gòu)、單線圈式永磁機構(gòu)和分磁路式永磁機構(gòu)等幾種，以前兩種最為常用。ABB Calor Emag 開關(guān)設(shè)備公司研制的 VM1 型真空斷路器其所配的永磁操動機構(gòu)即是一種雙穩(wěn)態(tài)雙線圈結(jié)構(gòu)，采用電容器作為放電元件并可以實現(xiàn)重合閘操作。另一個是動鐵心的下端接觸機構(gòu)的下磁極，位于最底部。在分閘狀態(tài)，永磁體通過上部磁路的磁阻很小而通過下部磁路的磁阻因空氣隙很大而加大。在合閘狀態(tài)時，與分閘狀態(tài)相反，永磁體通過下部磁路的磁阻很小，磁通集中在下部磁路，動鐵心被吸在下磁極 7 上。但是這不是一種穩(wěn)定狀態(tài)，只要上下氣隙有微小變化，就會破壞這種平衡，過度到第一種或是第二種平衡。正是如此，上圖所示的雙線圈永磁機構(gòu)稱作雙穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)。要使其分閘，只要在分閘線圈中通以直流電流，該電流產(chǎn)生的磁力線方向與永磁體在靜鐵心下端的磁力線方向相反，如圖中的回線 III。一旦動鐵心向上運動，動鐵心下端與靜鐵心下磁極之間就出現(xiàn)了空氣間隙，下端的磁阻增大，上端的磁阻減小。動鐵心向上的合力增大，使動鐵心加速向上運動。這時，動鐵心重新被永磁體吸合，處于穩(wěn)定狀態(tài)，即使切斷分閘的電流，動鐵心也不會恢復到合閘狀態(tài)了。切斷合閘線圈電流后，動鐵心仍然保持在合閘位置，合閘過程結(jié)束。 單穩(wěn)態(tài)永磁操動機構(gòu)單穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)的原理如圖 22 所示：與上圖比較可以發(fā)現(xiàn)，單線圈永磁機構(gòu)和雙線圈永磁機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和磁路都非常相似，他們的動作也很相近，但是單線圈永磁機構(gòu)在分閘操作時需要用彈簧操動。分閘時，在操作線圈中通以特定方向的電流，該電流在動鐵心上端產(chǎn)生與永磁體磁場相反方向的磁場，使動鐵心受到的磁吸力減少，當動鐵心受到的向上的合力小于彈簧的拉力時，動鐵心向下運動，實現(xiàn)永磁機構(gòu)的分閘。該電流在靜鐵心上部產(chǎn)生的與永磁體磁場方向相同的磁場，在動鐵心下部產(chǎn)生與永磁體磁場方向相反的磁場，使動鐵心下端所受的磁吸力減小，當操作電流增大到一定值時，向上的電磁合力大于下端的吸力與彈簧的反力，動鐵心變向上運動，實現(xiàn)合閘，并給分閘彈簧儲能。單穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)在分閘過程中線圈磁場在永磁體上與永磁體自身磁場的方向是相反的，只有在合閘過程中兩者的方向才是一致的。但是根據(jù)文獻的研究，單穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)中，線圈反向磁場對永磁體的影響僅僅是改變了永久磁鐵的工作點，因此，永久磁鐵不會發(fā)生退磁現(xiàn)象。因而對于單穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)，在合閘保持位置時，不僅要克服觸頭彈簧的反力，而且還要給分閘彈簧儲能，因而所需的合閘保持力較大。雙穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)的分、合閘過程，均由分合閘線圈與永磁體的耦合磁場驅(qū)動，比較容易通過改變激磁回路參數(shù)（如：匝數(shù)、電流、電壓等）方法，來控制機構(gòu)的動態(tài)特性。雙線圈式永磁機構(gòu)的不足之處表現(xiàn)在：⑴在斷路器的分閘過程中，因斷路器對操動機構(gòu)要求有較高的剛分速度，這就需要在行程一開始就通以較大的電流，且分閘過程中，由于工作氣隙越來越小，激磁電流所產(chǎn)生的力越來越大，永久磁鐵對分閘速度由原來的阻礙作用轉(zhuǎn)變?yōu)橥苿幼饔?，進一步加快斷路器的分閘速度，造成行程終止時運動速度過高，對靜鐵心有很大沖擊，不僅影響開關(guān)壽命，還會造成較大的分閘反彈，使斷路器在分斷后發(fā)生重擊穿，最終可能導致開斷失敗。⑵分閘特性不易調(diào)整，只能靠改變分閘線圈的電流來實現(xiàn)，而對某一種機構(gòu)，一旦其線圈已