关键词：真空断路器；永磁机构；单稳态
1 前言
真空开断技术为这种断路器提供了如下为人共知的优点。
·灭弧室免维护式设计；
·绝缘强度高，灭弧室外形尺寸小；
·开断能力大渊可达(100kArms)
·触头磨损小，寿命长；
·触头行程短，可简化驱动机构，减小断路器控制所需的能量。
然而这些特点并非使VCB在刚开始引入的几十年中做到免维护，原因是采用了老式的弹簧操动机构，需要按时进行维护。
在80年代末期，对真空断路器采用单线圈永磁操动机构。这种设计尽管采用传统的永磁材料和整块磁轭，第一次设计出了免维护的真空断路器，整个改变了运行的概念。
但是这种设计在开断能力上有局限性(20kA),这与永磁机构有限的保持力有关。
随后又提出了永磁机构的另一个概念。这种设计可以提供所需的保持力。但它需要稀土磁铁尧叠层的磁轭和两个线圈。这些特性使机构的造价上升，且设计比较复杂。
以下介绍了大电流真空断路器配备的新型单线圈永磁机构应用的设计概念和基本参数。
2 永磁机构的设计
永磁机构的心脏为两种中等能量的磁铁，分别为磁轭和动铁心，它们由硬磁合金组成，并能提供超过230kg的锁扣力。磁轭将机构提供能量的单线圈包围起来。
3 运行原理
3.1 分闸位置
在分闸弹簧剩余机械力渊预储能冤的帮助下，永磁机构保持在分闸位置(图1)。没有电能损耗。
3.2 合闸操作(图2)
启动电气合闸指令使电容器组控制模块中预充的能量释放到机构线圈中。当电磁力克服分闸弹簧的预张力时，动铁心开始移动(图2)。
通过电气合闸指令启动控制模块预充电容器组的电充入永磁机构线圈。当电磁力克服了分闸弹簧的预存储力，磁轭开始移动(图2)。
走完触头间隙，V1可移动触头停止移动，动铁心继续移动，并通过野额外的压缩间隙冶"2mm，压缩为以后分闸操作存储所需能量的触头弹簧和分闸弹簧渊(图2)。
在压缩间隙终了，动铁心在磁路上闭锁磁轭(图2d)。从磁系统闭合开始，线圈电流进一步增加，并产生磁场，使磁铁饱和，在线圈电流被控制模块切断后，永久磁铁的能量使动铁心保持在合闸位置。
3.3 合闸位置
永磁机构通过永久磁铁的磁通原磁轭和动铁心，保持在合闸位置。磁铁的闭锁力要大于分闸力和合闸触头压缩弹簧的力，所以永磁机构可使VCB在任何情况下保持在位置合闸渊震动尧短路电流通过时产生很强的外部磁场冤。
没有电能消耗。
3.4 分闸操作
为了使断路器分闸，源自控制模块中分闸电容器相反极性的电流通过线圈15～20ms。该电流使磁铁局部去磁，并使动铁心中的磁保持力下降。当储能的分闸和触头压力弹簧的合力超过磁力时，动铁心从磁轭中被释放(图3b)，加速并打开触头V1(图3)。断路器分闸(图3d)。
4 永磁机构的参数
4.1 静止状态
新的永磁机构每公斤的质量可产生850N的磁力。它比在文献中介绍的机构设计几乎要高两倍。该结果的获得借助于有限元分析和这种新型永磁机构设计的优化(图4)。
分闸弹簧参数的选取可以满足以下要求:
1)断路器分闸位置在任何允许的VCB方位都有较高的稳定性；
2)在合闸位置电力消耗最低。
4.2 动态特性
永磁机构线圈的参数，经过优化可使能量消耗到最低，并使真空灭弧室触头系统达到最大机械寿命。在试验的基础上，对永磁机构的特性进行了优化(图5)。
上述优化的结果，存储于电容器组中进行分、合闸操作的能量对参数为12kV 31.5kV 的VCB已下降到150J。重要的是，这种能量在技术和温度变化范围内足以提供VCB和控制电子器件的分、合闸操作。
5 新一代的VCB
在所介绍机构的基础上，设计出了新的大电流VCB。
VCB在每个极柱上安装有单独的驱动装置。这些驱动装置在同步轴的帮助下是联在一起的，提供辅助开关和连锁的控制功能。驱动装置尧真空灭弧室和VCB极柱其它元件的特性在设计上能够满足以下特点:
·在产品的整个寿命其间免维护；
·能耗低；
·机械寿命高；
·外形尺寸和重量小。
新型机构的标准机械寿命合分操作次数为50 000次。特殊设计机构的合分操作机械寿命还能够达到150 000次。
12kV/2000A/31.5kV机构的重量不超过46kg,比目前市场上用的产品的重量轻两倍。在尺寸上与VCB尺寸一致。具有传统的高度和宽度，新的VCB在深度上增加两倍，可为紧凑式开关柜设计提供便利。
6 结论
新理念的单稳态单线圈永磁装置可以为参数额定电流2000 A，额定开断电流31.5kV的VCB提供免维护的特性。同时，他还能达到高的机械寿命，外形紧凑和重量轻。
