基本信息
- 项目名称：
- 智能型永磁操动机构真空断路器控制装置的研制
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 从近几年的国内外发展情况来看，由于控制装置存在动作时间分散性大、功能扩展性低、体积大、功耗多等问题，限制了永磁操动机构的推广和发展，本作品很好地解决了上述问题，并具有体积小，功能齐全，动作可靠，节能降噪，生产成本低等优点。该项目不仅发展了永磁机构断路器的应用技术，还扩大了其应用范围，实现了对永磁式真空断路器的智能控制。
- 详细介绍：
- 断路器是高压开关中最重要最复杂的一种开关，在电力系统中起着控制和保护双重功能。无论电力系统处在什么状态，如空载、负载或短路故障，当要求断路器动作时，它都应可靠的动作，或是关合或是开断电路，即高压断路器不但能够开断、关合及承载运行线路的正常电流，也能在规定时间内承载、关合及开断规定的异常电流，如过载电流和短路电流。因此，高压断路器是电力系统的最后保护屏障，是保证电力系统安全运行关键的元件之一。对高压断路器的相关研究也是本领域的前沿课题。 本作品是针对真空断路器永磁操动机构的继电回路控制器中普遍存在的动作时间分散性大、功能扩展性低、体积庞大、功耗多等问题而研制的。 本作品采用微处理器技术，具有应用软件，在硬件不变的情况下具备较大的适用性和升级能力。智能化的断路器由于内含智能控制装置，不仅能够提供传统断路器的各种保护和控制功能，还具有以下功能:能够实时显示电路中的参数;可以设定和修改各种保护功能的动作参数;保护电路动作时的故障参数，并将数据存储在非易失性存储器中以便查询。 同时在作品中加入相关的检测、判断和通信等芯片或电路，使智能控制装置的各种状态和工作参数能通过传输媒质与线路上的其它电气设备交流，适应当前电气设备智能化及网络化的趋势。实现遥测、遥讯、遥调和遥控“四遥”功能。 本作品的通用性较好，检测和维修相对简单。智能控制装置的测试可以独立于断路器进行，简化了测试程序，减少了测试时间。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的： 断路器是高压开关中最重要最复杂的一种开关，在电力系统中起着控制和保护双重功能。高压断路器是电力系统的最后保护屏障，是保证电力系统安全运行关键的元件之一。经过调查，在高压真空开关中，80%的故障来源于弹簧操动机构失灵。研制一种高性能的永磁操动机构控制器就显得尤为重要。 基本思路： （1）、通过理论联系实际制定并论证该永磁操动机构智能控制器的软、硬件设计方案； （2）、利用微控制器及其应用技术，设计出永磁操动机构智能控制器硬件电路；采用高级编程语言编写出智能控制器的应用程序。 （3）、利用电器智能化理论和先进的智能控制与保护算法，完成对永磁操动机构真空断路器的智能控制单元的软硬件设计。 （4）研发高压永磁操动机构真空断路器控制器，并进行模拟工业现场试验，若出现技术问题，再进行修正。 创新点：本项目针对供配电系统，研制出基于永磁操动机构的真空断路器本体，并把具有对供电线路进行综合保护的综合保护装置与断路器控制器相结合，研制出一种智能型永磁操动机构真空断路器控制装置。它能实现对永磁操作机构分、合闸线圈的智能控制，具备对电压的监视、故障保护功能、工作状态指示及可选的远程通信功能。 主要技术指标： (1)、设计的永磁操动机构控制器能够实现对分、合闸线圈的通断控制，对电容器的充放电控制等控制功能以及失压、欠压等保护功能。 (2)、设计的永磁操动机构真空断路器的控制器具有对开关自身及其工作线路的状态监测、保护等功能，并具有通信功能。
科学性、先进性
- 本控制装置以微处理芯片和电力电子开关器件为核心，能够根据真空断路器的分合闸控制要求以及永磁操动机构的动作特性实现对永磁操作机构分、合闸线圈的智能控制。此外，还具备对储能电容充放电电压的监视功能、对主回路工作电压的实时监测与故障保护功能、工作状态指示及可选的远程通信功能。 该控制装置功能齐全、动作可靠、体积小巧，可以用于替换现有的继电器－接触器控制方式以及早期的微机型永磁操作机构控制器，实现对永磁式真空断路器的智能控制。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 签订技术转让合同
作品可展示的形式
- 实物、产品；现场演示；图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：（1）配合永磁操动机构完成开关合、分闸操作；合闸和分闸互相闭锁，当同时发出合闸和分闸信号时，只响应分闸指令；分闸、合闸状态有指示信号。（2）监测交流输入回路电压电流。（3）分、合闸时间可调。（4）手动合闸和手动分闸机械性能不受电控部分影响,手动分闸时，应将手分按钮打开。（5）可外置通讯功能。 技术特点和优势：（1）高度集成，控制器体积小巧，适合开关内部装配。（2）控制回路采用大容量开关管，并且带有阻容吸收装置。（3）控制器全部选用工业级原材料。（4）控制器外壳将选用金属壳体，表面喷塑，外形美观、大方安装方便。 适用范围、推广前景、市场分析、经济预测：传统的真空断路器的操动机构可靠性差、功能不完善，影响供配电系统的稳定性，影响了企业的正常生产效率。本装置适用于工矿企业和电力公司，可以提高供配电系统的可靠性，最大限度降低供电系统事故发生率，具有较好的社会效益。本装置投入市场后，必将会得到企业的认可，并被大量应用，取得非常理想的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 自1961年美国GE公司成功研制第一台真空断路器以来，真空断路器的技术水平迅速提高，随着新型触头结构及新型触头材料的推出，真空断路器的开断性能不断增强，使其在12KV及以下电压等级中得到了广泛应用。真空断路器的操动机构从最初的电磁操动机构，到目前广泛应用的弹簧操动机构，并正向永磁操动机构方向发展。 国外永磁操动技术的研究最初是开始于英德两国，英国曼彻斯特大学(The University of Manchester)系统与能量组于1989年为GEC公司设计了一台永磁操动机构模型，1992年前后永磁操动技术在英国工业开始应用。1995年英国Whipp&Bourne公司进一步改进了永磁操动机构的结构。1997年ABB Calor Emag开关设备公司在德国刊物上介绍了其最新研制的VM1型永磁操动机构真空断路器。荷兰Holec的MMS型永磁操动机构真空断路器，短路开断电流达到31.5KA。该操动机构结构简单，特别是它还能实现分相可控操作，可减小在关合容性负载时的涌流，降低在分闸时的过电压，且其分合闸时间的偏差不超过1ms，性能良好。 国内从二十世纪九十年代末开始研究永磁操动机构，至今已取得了一些成果。沈阳工业大学和西安森源电气有限责任公司合作于1998年就着手了12kV永磁真空断路器的开发，并取得突破性的进展。2000年6月首批样机在西高所国家高压电器质量监督检测中心通过了12kV，1250/3lkA规格VSm的全部型式试验。在国内引起了同行的关注，相继常州森源开关有限公司、北京华东开关厂、锦州华光电器有限责任公司等著名的断路器生产厂纷纷研制出了自己类似的永磁操动机构真空断路器。但从近几年的销售统计情况来看，永磁操动机构的推广和使用并不尽人意，原因在于永磁操动机构本体设计较为简单，永磁操动机构电源和控制部分还需进一步完善。所以研制高可靠、低成本、智能化的永磁操动机构断路器控制器是十分必要的，也将是未来的发展方向。
