伺服电机驱动的断路器操动机构

高压断路器在电力系统中承当着控制和维护的双重重要任务,而其主要功用表现在动触头的分合闸操作上,分合闸操作又是经过操动机构来完成的。因而,操动机构的工作性能和质量的优劣,对高压断路器的工作性能和牢靠性起着重要的作用[1]。目前比拟常用的操动机构主要有电磁操动机构、弹簧操动机构[2]、气动操动机构和液压操动机构[3]等。传统高压断路器目前存在着以下几类问题:

(1)固有机械特性,在不同的应用场所(好像期合闸、容性负载开断等)和不同应用工况(开断额定短路电流、额定电流和空载操作等)下无法停止运动特性的过程控制,只能以单一的速度特性停止分闸和合闸的操作控制,灵敏性差;

(2)现场实践应用中,长期静置的高压断路器还存在因机构粘滞、卡涩形成的动作时间分散性大,难以满足运转规范请求的问题,传统操动机构对此类问题缺乏有效的防备措施和补偿手腕[4];

(3)传统机构运动特性离线调整范围有限,调整过程较为复杂,当面对局部特殊场所时,常常需求改换操动机构才干满足应用需求,形成产品线过长,不利消费和维护;

(4)传统机构停止分合闸操作,屡次操作过后机构会产生应力松弛;

(5)此外,从检修平安性思索,传统操动机构均采用机械储能方式,因机械储能释放异常惹起的毛病常常存在人身平安风险。为满足消费、维护和应用的需求,有必要积极展开具有在线补偿才能、构造简单、牢靠性高、动作冲击小、运转维护平安等特性的新型操动机构研讨。目前国网公司鼎力推进的智能变电站请求站内主要设备也完成智能化,即经过对机械状态、电气状态和控制状态等关键参数的监测,全面评价设备运转牢靠性、控制牢靠性和负载才能,完成高压开关设备检修从“定期维护”向“状态维护”转变,从而进步运转牢靠性,俭省维护费用,带来宏大的技术经济效益。目前开发伺服电机的智能化开关设备,只是把计算机技术、传感技术、电磁兼容技术、数据处置与通讯技术应用到高压开关设备上,完成设备外围的丈量与控制。受操动机构限制,现行高压断路器尚无法对高压断路器的控制功用停止智能化;此外,目前智能开关设备中的关键机械状态参量只能在分合闸操作过程中量测,难以满足“状态维护”所需求的预判性请求。为满足刚强智能电网建立请求,有必要积极展开具有柔性控制才能的新型操动机构研讨。外对电机驱动断路器已展开了大量研讨,20世纪40年代ABB就曾经提出应用电机驱动断路器运动的概念,但受电机功率密度、瞬时加速才能和控制技术的限制,这一想法一直难以实行。

随着现代稀土永磁电机技术、电力电子技术、电机矢量控制技术和机械设计技术的快速开展,新型伺服电机及其控制系统在转矩输出才能、转子惯量、响应时间和随动才能上越来越接近断路器操动的请求,其输出转角、转速和能量的控制性能越来越高,这就为应用于高压断路器的新型电动机操动机构奠定了根底。由于其内在的行程控制才能和反应才能,基于电机操动机构的新一代智能断路器能够补足智能控制上的短板,完成真正意义上的智能化断路器。

1目前行业内电机驱动研讨停顿电机驱动断路器的原理行将电动机与高压断路器直接衔接,从而控制断路器动触头分合闸操作。目前尚未消费配有电动机操动机构的高压断路器投入运转,但ABB公司已有成套产品(LTB-D系列72.5~145kV单相操动或者三相机械联动断路器)投放市场。ABB公司从2000年起应用于单相操作和三相操作瓷柱式断路器、罐式断路器、PASS紧凑型开关设备、GIS及发电机断路器。截至2005年,已有100多台配电动机操动机构的高压断路器在瑞典、丹麦、意大利、澳大利、新西兰、阿根廷等17个国度投入运用(见图1)。