光控真空斷路器模塊應用于多斷口真空斷路器對電源可靠性和低功耗提出了更高的要求，為此進行了光控真空斷路器模塊低功耗自具電源模塊設計。分析了自具電源的工作原理，優(yōu)化設計了其取電電磁感應線圈(取電CT)的結構。電容器充電模塊從電路結構，器件選型，轉變工作方式等降低其工作時損耗。建立了永磁機構操動電容充放電特性模型，分析得到低損耗的最佳間歇控制策略。進行了智能控制器低功耗設計，實現(xiàn)了在線低功耗控制策略和離線休眠工作方式。最后通過試驗驗證，優(yōu)化后的取電CT 工作范圍在200 A~3 000 A，滿足在線自具電源模塊工作，整體自具電源正常工作時損耗做到了300 mW，滿足電網(wǎng)停電3 周，自具電源系統(tǒng)仍能驅動光控真空斷路器動作。設計的自具電源滿足系統(tǒng)對斷路器的可靠性和智能性的要求。

　　引言

　　真空斷路器應用真空作為滅弧及絕緣介質，熄弧能力強、體積小、重量輕，使用壽命長，無火災爆炸危險，不污染環(huán)境，因此廣泛應用于中壓領域。但由于真空擊穿電壓與間隙長度間的飽和效應，單斷口真空開關無法應用于更高電壓等級，多斷口真空開關可以彌補這一缺點。

　　國內(nèi)外已經(jīng)對多斷口真空斷路器的動、靜態(tài)絕緣特性及動態(tài)均壓問題研究多年，參文通過引入“擊穿弱點”概念和概率統(tǒng)計方法建立了雙斷口及多斷口真空開關的靜態(tài)擊穿統(tǒng)計分布模型，得出三斷口真空滅弧室的擊穿概率比單斷口真空滅弧室更低，并通過試驗驗證。參文分析并驗證了均壓電容對多斷口真空斷路器靜動態(tài)均壓效果。參文分析了雙斷口真空開關開斷機理與關鍵因素。

　　傳統(tǒng)的多斷口真空開關采用的是傳統(tǒng)操動機構，整個操動系統(tǒng)的環(huán)節(jié)多.累計運動公差大而且響應緩慢，可控性差，效率低，各斷口的動作同期性較差，不能滿足多斷口真空斷路器的同期性和可靠性的要求。參文提出了基于模塊化串聯(lián)技術構成的多斷口真空斷路器實現(xiàn)策略：采用永磁機構操動，光纖隔離控制，模塊高電位操動，分散性小，可靠性高，體積小，易于串并聯(lián)。傳統(tǒng)的彈簧操動機構采用220 V 交流電控制電磁操動機構脫扣。永磁操動機構的電源主要有站內(nèi)直流電源、電容器組、蓄電池或者鋰電池，來對合、分閘線圈放電[10]，但這些電源設計都是低電位電源供電，最終電源都是220 V 市電供電，基于光控真空斷路器模塊處于高電位，自具電源模塊采用高壓母線電流取電，解決了高電位供電問題。光控真空斷路器模塊采用電流取電與蓄電池儲存電能聯(lián)合為整套控制系統(tǒng)浮地供電，由于電流取電磁性元件的非線性限制了取電工作范圍和取電功率，所以需要對光控真空斷路器模塊低功耗自具電源模塊進行研究，滿足在線充電和離線長時間維持供電的要求。

　　本文對電源模塊的電磁感應線圈部分進行了優(yōu)化設計，以獲取更寬的工作范圍和輸出功率。通過操動電容器充電模塊電路結構，器件選型，改變工作方式等，降低其工作損耗。建立了永磁機構操動電容充放電特性模型，分析得到低損耗的最佳間歇控制策略。從低功耗和智能化兩方面著手進行控制器設計，以滿足光控真空斷路器模塊對可靠性和智能化的要求。

　　1、光控真空斷路器模塊自具電源工作原理

　　光控真空斷路器模塊(FCVIM)是由真空滅弧室，永磁操動機構和自具電源模塊構成。光控真空斷路器模塊系統(tǒng)框圖如圖1 所示：永磁機構驅動導電桿與真空滅弧室動觸頭導電桿直接相連，電磁感應線圈(取電CT)從高壓母線取能先為蓄電池充電，然后蓄電池通過電容充電模塊為操動機構電容充電，在多斷口串聯(lián)時，整個光控真空斷路器模塊處于高電位，每個模塊的動作和狀態(tài)檢測由自具電源模塊的智能控制器通過光纖與低電位主控制器實現(xiàn)控制和通信。

圖1 光控真空斷路器模塊系統(tǒng)框圖

　　為了滿足光控真空斷路器模塊的連續(xù)可靠的地工作，一方面，取電CT應該有盡量寬的取電工作范圍和取電功率，本設計的CT取電范圍5%~120%母線電流，取電功率10 W 左右。另一方面需要降低自具電源模塊的空載損耗。這樣可以確保在線母線電流較小，取電功率較小的時能夠滿足模塊工作而且離線檢修停電時，增加蓄電池持續(xù)保證模塊工作的時間，保證系統(tǒng)可靠。

　　6、結論

　　1)取點CT 在小電流情況下會進入飽和區(qū)，大部分工作在過渡飽和區(qū)，輸出電壓畸變嚴重，有尖峰。通過采用串聯(lián)濾波電感50 mH 和匝數(shù)50 配合得到滿足母線額定電流2 500 A 的5%~120%變化時，輸出電壓滿足自具電源模塊工作。

　　2)建立了間歇工作方式下，電容器低功耗控制的數(shù)學描述，并利用優(yōu)化算法，得到最佳間歇控制策略，并利用智能控制器實現(xiàn)了該低功耗控制器策略。

　　3)通過試驗測試，將自具電源模塊空載損耗降至300 mW 以下，滿足電網(wǎng)停電3 周時，整機仍能正常工作。整機可靠性通過了試驗驗證，為基于光控真空斷路器模塊構成的多斷口真空斷路器的應用提供了保障。