基于电磁驱动的126kV真空断路器永磁操动机构的研制

摘要

断路器的可靠性直接影响电力系统运行的安全稳定，而操动机构是断路器的核心部件之一，是断路器可靠运行的重要保障，所以对断路器操动机构的研究一直受到相关技术人员的重视。近年来兴起一种新的高速电磁斥力开关，这种基于感应涡流原理的电磁斥力技术可以高速推动受力件运动，实现开关快速分合闸。电磁斥力技术具有动作速度极快、结构简单、动作分散性小、易于控制等诸多优点，采用电磁斥力驱动永磁机构进行分闸动作，并将其与真空断路器配合有助于提高断路器的同步控制技术，具有很好的应用前景。因此，对应用电磁斥力技术的操动机构的研究具有重要意义。
　　本文针对一般的高压真空断路器永磁操动机构很难在分闸速度上进一步取得提升，为了获得更快的分闸速度，提出了一种针对126kV断路器有别于传统永磁操动机构的应用电磁斥力原理的高速永磁操动机构，应用电磁斥力技术实现断路器分闸过程，设计制作了基于电磁驱动的永磁速操作机构样机，并对其进行实验研究。
　　本文首先介绍了高压真空断路器和永磁操动机构的发展历程和现状，并简介了电磁斥力技术的发展情况。然后对本文所提出的基于电磁驱动的126kV真空断路器永磁操动机构进行了基本工作原理和设计方法的阐述，并对其进行了理论分析。在此基础上应用Ansoft Maxwell有限元仿真软件对所提出的永磁操动机构进行了仿真分析，得到了其静态特性和动态特性仿真结果。参照传统永磁操动机构性能，对比本文所设计机构仿真结果，得出基于电磁驱动的高速永磁操动机构对分闸速度的明显提升。最后在以上工作的基础上，制作了基于电磁驱动的126kV真空断路器永磁操动机构样机，结合126kV真空灭弧室，搭建实验平台，对样机进行实验，并对实验结果和仿真结果进行对比，最后通过实验结果验证了仿真结果的正确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 高压真空断路器和永磁操动机构研究现状

1．2．1 高压真空断路器国内外发展现状

1．2．2 永磁操动机构国内外发展现状

1．3 电磁斥力机构概况

1．4 本论文主要工作

第2章 基于电磁驱动的永磁操动机构设计

2．1 机构的基本工作原理

2．1．1 电磁斥力分闸机构工作原理

2．1．2 电磁弹射合闸机构工作原理

2．2 机构的结构模型

2．3 机构的设计方法

2．3．1 永磁保持机构计算

2．3．2 线圈参数计算

2．4 本章小结

第3章 基于电磁驱动的永磁操动机构原理分析

3．1 电磁斥力分闸机构数学模型

3．2 电磁弹射合闸机构数学模型

3．3 本章小结

第4章 基于电磁驱动的永磁操动机构有限元分析

4．1 有限元仿真介绍

4．2 机构的静态特性

4．2．1 永磁体尺寸对永磁保持力的影响

4．2．2 静态特性仿真结果

4．3 机构的动态特性

4．3．1 线圈线匝的影响

4．3．2 动态特性仿真结果

4．4 本章小结

第5章 样机实验及结果分析

5．1 静态永磁吸力测量

5．1．1 测量方法

5．1．2 实验平台

5．1．3 实验结果

5．2 动态刚分时间、合闸时间测量

5．2．1 实验平台

5．2．2 测量方法

5．2．3 机构样机及控制电路

5．2．4 实验结果

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢