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柔性磁控機(jī)構(gòu)將成為電力系統(tǒng)中大力應(yīng)用的機(jī)構(gòu)。

——北京同時(shí)開關(guān)技術(shù)有限公司

華北電力大學(xué)開關(guān)與控制技術(shù)應(yīng)用研究所常務(wù)副總劉衛(wèi)榮

2023年4月13日上午，2023年電力系統(tǒng)產(chǎn)學(xué)研融合發(fā)展大會(huì)在華北電力大學(xué)順利召開。會(huì)議邀請(qǐng)多位專家、學(xué)者對(duì)中國(guó)新能源形勢(shì)、市場(chǎng)分析解讀，促進(jìn)新技術(shù)、新成果和新產(chǎn)品在電力系統(tǒng)領(lǐng)域的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

會(huì)上，北京同時(shí)開關(guān)技術(shù)有限公司、華北電力大學(xué)開關(guān)與控制技術(shù)應(yīng)用研究所常務(wù)副總劉衛(wèi)榮帶來《柔性磁控技術(shù)在真空斷路器中的應(yīng)用》的主題演講。北星電力網(wǎng)整理如下：

劉衛(wèi)榮首先針對(duì)真空斷路器開關(guān)設(shè)備提出五個(gè)關(guān)鍵性能目標(biāo)：需要可靠的短路故障開斷能力，起到很好的保護(hù)作用；可靠的絕緣水平；較低的運(yùn)行溫升；可靠的機(jī)械特性，長(zhǎng)壽命，免維護(hù)；體積小、重量輕。

目前真空斷路器主要結(jié)構(gòu)類型是彈簧操作機(jī)構(gòu)，其具有綜合優(yōu)勢(shì)，是目前絕對(duì)主導(dǎo)的操作機(jī)構(gòu)。近年來，雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)得到發(fā)展，之后發(fā)展到單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)，目前又發(fā)展出來柔性磁控機(jī)構(gòu)。結(jié)合自身性能特點(diǎn)，劉衛(wèi)榮認(rèn)為，柔性磁控機(jī)構(gòu)將成為電力系統(tǒng)中大力應(yīng)用的機(jī)構(gòu)。

他介紹到，柔性磁控開關(guān)具有三方面核心技術(shù)。

首先是柔性磁控材料，相對(duì)于常規(guī)永磁材料而言，它是一種的半永磁材料，會(huì)隨著時(shí)間、環(huán)境變化，比如振動(dòng)、高低端溫度變化使磁性衰減，而柔性磁控材料磁性強(qiáng)弱是適控的，后期使用中不斷給它賦予磁性額來保證其可控性，所以柔性磁控材料退磁率很低，基本上可以忽略不計(jì)。

柔性磁控材料操作功耗比較低，對(duì)一二磁融合等應(yīng)用比較友好。常規(guī)永磁操作的峰值功耗大于35瓦，柔性材料只有不到50瓦。操作電流也比較小，合閘時(shí)只需15—20A，封閘小于1A，對(duì)比常規(guī)的機(jī)構(gòu)合閘時(shí)所需電流100A，封閘時(shí)10A，柔性材料性能的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來。

其次，驅(qū)動(dòng)模塊也十分重要。由于磁控機(jī)構(gòu)起到合閘之后的保持作用，控制動(dòng)作還需力磁線圈給它提供動(dòng)力進(jìn)行充電，涉及到一些元件的控制保護(hù)也很重要。配合柔性磁控開發(fā)的模塊，采用軍品級(jí)的小電容，結(jié)構(gòu)比較緊湊，可靠性高，響應(yīng)時(shí)間短，其響應(yīng)時(shí)間小于1毫秒，做高速開關(guān)比較有利。

第三方面是長(zhǎng)壽命、輕量化，操作系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)應(yīng)該盡可能輕，在滿足電性能的情況下，真空斷路器要盡可能小型化、運(yùn)動(dòng)方面盡可能輕，這樣讓整個(gè)磁控開關(guān)性能更為穩(wěn)定、可靠。

他介紹到，柔性磁控設(shè)計(jì)的理念即用少的傳動(dòng)環(huán)節(jié)、少的零件數(shù)量，將來追求低的機(jī)械故障率。它的壽命一般也能做到10萬次的機(jī)械壽命，近些年來，在頻繁操作的場(chǎng)合也有相當(dāng)數(shù)量的應(yīng)用。

其動(dòng)靜磁芯沒有單獨(dú)的永磁塊，它僅用兩個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)靜磁芯，沒有額外的永磁塊，結(jié)構(gòu)更加緊湊、小巧；磁控機(jī)構(gòu)設(shè)在真空滅弧室的下部，通過絕緣拉桿進(jìn)行自動(dòng)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)、傳動(dòng)環(huán)節(jié)特別少，所以機(jī)械壽命長(zhǎng)，可達(dá)到15萬次以上且非常可靠。

他介紹到，柔性磁控有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

，使用單線圈單穩(wěn)態(tài)的柔性磁控機(jī)構(gòu)。合閘保持靠永磁力，分閘保持或者分閘動(dòng)作靠分閘彈簧，機(jī)械特性與滅弧室的需求匹配。

第二，動(dòng)靜鐵芯是可控的磁性材料，更穩(wěn)定可靠。

第三，三項(xiàng)斷路器每項(xiàng)都分射獨(dú)立的磁控。

第四，電容與控制模塊級(jí)城市設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊。可采用雙層的環(huán)氧樹脂，耐潮濕、乃惡劣環(huán)境更好，性能更穩(wěn)定。

第五，驅(qū)動(dòng)模塊具有自我診斷功能。實(shí)時(shí)監(jiān)控元器件的運(yùn)行狀態(tài)，其運(yùn)行可靠性。

整體來看，柔性磁控適合智能化的斷路器，更匹配智能化電網(wǎng)的應(yīng)用。

后，他介紹幾種電力系統(tǒng)應(yīng)用的磁控類開關(guān)設(shè)備。

電力系統(tǒng)要求清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動(dòng)。

以雙電源快速ATS為例，利用其可實(shí)現(xiàn)多電源之間快速切換。由于要與電源互動(dòng)、切開投路，高可靠性的雙電源快速ATS由廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。主流ATS切換速度比較長(zhǎng)，一般是80—150毫秒，壽命也不是特別高，所以不太適合頻繁的快速的應(yīng)用場(chǎng)景。

雙電源快速ATS基本結(jié)構(gòu)，在中間是兩個(gè)端口的滅弧室，所以兩端動(dòng)觸頭分別與兩路電源連接，中間觸頭有負(fù)載連接，在滅弧室的上下兩側(cè)分別設(shè)置獨(dú)立的磁控機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。超快型的磁控ATS則在每個(gè)真空端口又并聯(lián)一個(gè)IGBT，控制IGBT與真空滅弧室合封閘進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)雙電源的快速切換，可以實(shí)現(xiàn)電的小時(shí)間中斷。

雙電源的IGBT可快速實(shí)現(xiàn)兩路電源的切換，切斷時(shí)間常規(guī)性的也不到25毫秒，機(jī)械切斷時(shí)間小于10毫秒，電中斷時(shí)間不到3毫秒，大部分做到0.5毫秒以下，大部分符合負(fù)載電能終端的要求。

另外，他還介紹到一二次融合的真空斷路器，該產(chǎn)品有以下特點(diǎn)：該斷路器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，產(chǎn)品具有三相獨(dú)立的磁控機(jī)構(gòu)，超常機(jī)械壽命；可配置低功耗的電容儲(chǔ)能，對(duì)取電要求很低，可靠性很高；在滅弧室的柱內(nèi)置EVT、ECT，做到保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量一體化；整個(gè)開關(guān)重量很輕，僅不到70公斤，相較于傳統(tǒng)開關(guān)的135斤左右，安裝十分方便，在整個(gè)智能電網(wǎng)很受歡迎。

（轉(zhuǎn)載自北星電力網(wǎng)）