落地式真空断路器如图6-10所示，它以绝缘支撑把真空灭弧室支持在上方，把操动机构设在下方的基座上，上下两部分通过传动机构相连接。图6-11悬挂式真空断路器1—真空灭弧室；2—绝缘支撑；3—传动机构；4—操动机构；5—基座。......
2023-06-30
拓宽应用领域的同步真空断路器
【摘要】：真空断路器配用永磁机构后，不仅可以进一步提高可靠性，满足免维护的要求，而且还有可能拓宽应用领域，发展真空断路器的新品种。所谓同步真空断路器就是主触头在电压零点时闭合、在电流零点时分离的断路器。利用永磁机构的稳定的分合闸时间，利用真空灭弧室的短预击穿时间和良好的开断性能，完全有可能制造成同步真空断路器。控制单元和线圈电流传感器和电磁机构联系起来，同时它通过位置传感器控制断路器的每一相。
真空断路器配用永磁机构后，不仅可以进一步提高可靠性，满足免维护的要求，而且还有可能拓宽应用领域，发展真空断路器的新品种。例如，同步真空断路器。
所谓同步真空断路器就是主触头在电压零点时闭合、在电流零点时分离的断路器。断路器的同步关合可以大大减小甚至消除电容器组和变压器的合闸涌流，这可大大提高电力系统的稳定性，也有利于减小合闸过电压。同时，同步开断则可大大提高断路器的开断能力，提高断路器的可靠性。两者都有巨大的现实意义。
由于传统的操动机构是由连杆和锁扣以及能量供应系统组成的机械系统，环节多、机械零件多、累计运动公差大且响应缓慢、可控性差，因此，动作时间的分散性和不可控性决定了传统机构很难实现同步操作。
同步开合中要求首先检测出电流或电压的零点，然后计算出将要出现的电流或电压零点的时刻，然后精确控制主触头在电流（或电压）零点分离（或闭合）。触头的分、合时刻必须控制得非常精确，故要求操动机构动作时间的分散性小。如前所述，永磁机构在分合闸时间的精确度方面有可能满足同步开关的要求，可以使用储能电容作为操作电源和用电子控制系统进行控制，因此为同步操作技术创造了物质条件。利用永磁机构的稳定的分合闸时间，利用真空灭弧室的短预击穿时间和良好的开断性能，完全有可能制造成同步真空断路器。
图7-35 真空永磁断路器控制装置原理图
同步操作技术的难点在于断路器操动机构动作的时间分散性，动作时间的分散性来自于机构自身固有的动作时间分散性和环境条件不同导致的动作时间分散性。前者的影响较小，而后者对动作时间的影响必须由控制系统的软件或硬件进行补偿。影响动作时间的环境条件主要包括环境温度、电容器充电电压、触头的机械磨损和老化等。补偿的方法有两种[15]：一种是在操作过程中通过改变分、合闸线圈的电流对运动特性进行闭环控制，保持动作时间为常数；另一种是对各种影响因素进行在线检测并计算出它们对动作时间改变的数值，以确定发出动作信号的时刻。由于操作时间很短，基于目前的技术条件，第一种方法暂时还难以实现；而第二种方法由于电子技术的发展已经实现并得以应用。真空永磁断路器控制装置原理如图7-35所示，实现同步关合解决方案如下：
1）在考虑断路器的电气特性、机械动作偏差、负荷状态的基础上，确定关合相位。
2）根据断路器上设置的传感器获得的动作条件（如控制电压、环境温度）和动作记录，预测下次的关合时间。
3）计算延迟时间，调整定时器。所谓延迟时间就是从目标关合相位开始的预测关合时间、爬坡时间和接近零点前的差分时间。
4）输入关合指令，检测出零点后启动定时器。在延迟时间经过时刻输出关合控制信号，断路器关合动作开始。
5）经过关合时间后，断路器关合。利用主回路电流或是动作行程传感器测量实际关合时间，并体现在对下次关合时间的预测上。
同步开断同理。
其中，时间预测是同步开关的核心，需要研究一种算法用于关合时间预测，目前的方法有两种：一种是将不同环境条件试验得到的数据存储起来，利用查表的方法作为时间预测的结果实现同步操作；另一种是使用遗传算法、神经网络或模糊推理等现代智能控制技术进行时间预测。
ABB公司提出了基于永磁机构和电子控制的中压同步开关的解决方案[16]，这种断路器具有独立操动的三极，能进行复杂的同步操作，并能适应各种负载和电网结构。该方案通过对来自温度、老化等干扰的影响进行补偿，实现运动控制，保证动作时间的稳定性。线圈电流的开关操作、联锁和自诊断由一个专门设计的控制单元完成，控制系统通过对机构运动部分的闭环控制，使其在不同的环境温度、控制电压以及所有其他参数下保证所规定的允差，并且能自动补偿触头磨损以便保证正确的合闸时刻。ABB公司所描述的同步动作时间允差具有以下最大值：合闸操作时间允差为±1ms；分闸操作时间允差为±2ms。其中，信号处理和计时控制器检测电力系统的电流和电压，并处理操作指令。控制单元和线圈电流传感器和电磁机构联系起来，同时它通过位置传感器控制断路器的每一相。该方案的主要特点是通过对运动的闭环控制保证动作时间为常数。
国内也有不少单位研制同步开关装置，但应用于实际电网的很少，还有待进一步的研究和试验。建议试验环境可以选择过电压不严重的并有足够过电压抑制措施的地点，并加强交流与合作，通过更多的试验与实践来验证其可行性与经济性。
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