随着国民经济持续、快速、健康的发展，我国电力工业也在不断高速发展，各电力公司也加大了配电网的管理和投资力度，以确保配电网的可靠性。
油断路器是最早出现的高压断路器，虽然结构简单、价格便宜，但容易发生火灾和爆炸；开断能力难以做的很高；电气寿命有限、检修周期短。所以世界范围内要求开关电器的无油化。真空断路器以更好的可靠性、更低的维修费用、不可燃、无爆炸、环保无公害等优点在6～35kV配电系统中已经得到广泛的应用。近几年，线断路器已取代了油断路器；现在，真空断路器已成为市场的主流。
对于真空断路器，真空技术已经相当成熟，它的开断容量已达到了100kA。所以，对于真空断路器，目前迫切需要的是降低造价、提高可靠性及免维护设计。提高断路器的电气特性及要达到免维护，除了增加电器元件的绝缘性能，最主要的提高可靠性就是改进真空断路器的操作机构。（统计资料表明，设备故障70％～90％为操作机构的机械故障）
因此，近年来又出现了一种新的真空断路器――配永磁机构固封式断路器。真空断路器的驱动机构，从最初的电磁操动机构，发展到现在广泛应用的弹簧操动机构，带动了真空开关的发展。弹簧机构利用交直流两用电动机对弹簧进行预储能，利用弹簧能进行分合闸操作，从而对电源要求低，交直流均可操作，电源丢失仍可完成一个合分循环，因此得到广泛应用。但弹簧机构也有其自身不可克服的缺点：零件数量多，要求加工精度高，制造工艺复杂，成本高，产品可靠性不易保证，限制了真空开关向电气寿命、免维护等要求更高的方向发展。因此，近年来出现了永磁机构真空断路器。为高参数真空开关开辟了一条新的路径。
永磁机构真空断路器在真空灭弧室和操作机构上采用了新设计，它可以使真空断路器的电气特性更好、机构结构更简单。这种设备主要由以下部分组成：
配永磁机构户内真空断路器，改变了传统的固定模式，吸收了大量的先进理论，如：卡扣、脱扣方式的突变，利用新近发现的稀土永磁材料的特殊性能及新颖的磁通布置方式，取代了传统的机械式挚子卡扣、脱扣，从而解决了机械挚子易磨损的缺陷。储能部分完成了由弹簧储能到电储能的转换，辅以全新的电子控制系统，不仅使能量的消耗降到了最低，而且做到了直观界面、人机对话，符合了现代国际发展潮流。在对真空灭弧室的改进过程中，采用了先进的固封工艺，加上专业的设计，使其使用寿命和性能参数在同类产品中独树一帜。新的操动机构――永磁机构的负载特性与真空灭弧室的完美匹配。（弹簧机构的弹簧在合闸过程中释放能量，它的特性与真空断路器刚好相反，因此必须通过弹簧的特性转换来满足力与行程关系曲线。这种转换伴随着连接机构的高速运动，不仅降低机构的效率和可靠性，还减小了产品结构的刚性。）
（2）真空灭弧室的动触头靠永久磁铁产生的力通过拐臂、绝缘拉杆使其保持在合闸、分闸位置上，取代传统的机械锁扣方式，机械结构大为简化，仅有几个活动部件，零件总数约为50件左右，耗材少，节能且成本低。
（1）一种结构形状为圆柱型(见图1、2)，采用单稳态设计，合闸位置采用永磁锁扣，分闸位置采用弹簧锁扣，用一个电磁线圈来完成分合闸操作；（2）一种是垂直布置的带有储能电容的双稳态永磁结构(见图)；
其中双稳态永磁操动机构的工作原理为分闸与合闸及都保持永磁力；单稳态永磁操动机构的工作原理为在储能弹簧的帮助下快速分闸，并保持分闸位置，只有合闸保持永磁力。
，操动机构由顺磁硬合金制成。操动机构通过磁通保持在合闸位置上。在分闸位置，由分闸弹簧保持住。根据注入电流的方向，单线圈可以提供合闸和脱扣所需的能量。在每相电极中，单独安装有操动机构。这些操动机构与同步轴相连，为辅助开关和连锁提供控制。这种设计在产品的整个寿命期间可以获得较高的机械寿命和免维护特性。
（2）真空断路器采用永磁操动机构，永磁力可保证100年不消失，该机构寿命高达10万次，以电磁力进行分合闸操作，以永磁力进行双稳态保持，简化了传动链，降低了能耗和噪音。开断能力强，安全可靠。与传统的弹簧机构和电磁机构相比，机械寿命至少提高3倍。
（3）其吸力特性可以较为理想地满足真空灭弧室的工作需要真空断路器操动机构与其他类型如：空气、油、SF6断路器的操动机构有着明显不同，真空断路器的灭弧室动触头行程小(8～12mm)，动静触头为平面接触，合闸时，动静触头为碰撞接触，为了防止真空断路器在短路时，触头被巨大的电动力斥开，采用触头弹簧以使触头间有较大压力(20kA,2000N； 31.5kA,3100N；40kA,5000N),同时有利于提高分闸速度。
（6）由ABB在英国和美国的工程师联合开发了一种新型VM1型线个活动元件组成的磁力驱动装置代替有数百个零件组成的传统机构。其分合闸位置均靠永久磁铁的磁能保持。采用这种无磨损的线万次的操作寿命中不需维修，是传统真空断路器寿命的三倍，可节省维修费用。VM1的创新还包括将真空灭弧室用环氧树脂完全浇注形成一体，这样可不受外界因素的影响。真空灭弧室额定短路开断电流的次数为100次。VM1真空断路器的额定电压目前为12kV、17kV和24kV，额定电流为630-1250A，额定短路开断电流为20kA或25kA。更高电压等级和大开断能力的产品正在研制中。
（7）荷兰Holec的MMS型真空断路器采用永磁机构驱动，其短路开断电流为31.5kA。该操动机构中，合闸、合闸保持和分闸的磁路是分开的，且只有真空灭弧室的合闸位置是靠永久磁铁保持的，机构的终止位置是分闸位置，其分闸动作基本上是被动的，不需要提供额外的能量，仅靠触头弹簧和分闸弹簧的力完成。
1）尖端材料科研成果，非NDB，稳定性不受充磁、去磁过程或温度变化影响2）操作所需要的能量小，合闸50W，分闸能量小于1焦耳3）电磁合闸、永磁保持、弹簧分闸，刚合速度和刚分速度均为最大4）每相一个操动机构；完全直线）结构简单，直动式断路器，可全面克服机械故障6）可以手动分闸7）不能进行手动合闸
1）从原理上可以实现手动合闸2）只能使用矫顽力大于106 Am的稀土材料NDB。铁芯材料需使用价格较贵的硅钢片。生产成本高3）结构复杂，零件较多，不能完全克服机械故障4）分闸操作与合闸操作耗能相同，都比较大5）分闸操作与合闸操作及保持都*永磁力，难以解决分闸速度呈马鞍形问题；与真空开关的负载特性不匹配
（1） 驱动功率要小，体积也要小；（2 ）电子控制系统的高可靠性；（3）手动分闸的初分速度要足够大；
永磁性材料磁性能的劣化是人们在接受永磁机构时所关注的另一个问题。其中工作条件造成的退磁劣化，如交变磁场下引起磁性能退化，应由工况设计解决；随时间推移的自然劣化则应在出厂工艺处理方面和冗余设计方面给予解决，如永磁铁充磁后出厂前，根据可能遇到的情况人工退掉10%左右的剩磁，可以提高磁稳定性。
电子操动的控制系统涉及微电子器件，工作电压和信号传递电平低，耐压水平低，外界电磁场干扰很容易使其失效或损坏，而这种情况对于传统开关电器的影响是不大的，因此，电磁兼容是电子操动系统要添加的实验项目。国际电工委员会1990年发布了IEC 1000—4《电气与电子设备的电磁兼容性》的实验方法和标准，以后，在IEC 694《高压封闭开关设备和控制设备标准的共用技术要求》中又引用上述标准，要求相关的控制设备除满足例行实验要求外，还要进行电磁兼容实验。主要实验内容包括辐射电磁场干扰实验、振荡波干扰实验、舜变脉冲串实验和静电放电实验。
作为配永磁机构的户内真空断路器中的重要组成部分的控制单元，在设计中为达到高可靠性，必须遵循以下几个非常重要的原则。1)设计思路的完整性；2)电子元器件的优化选择；3)严格的型式及出厂试验；4)电磁兼容性。基于上述问题，下面就生产制造过程中可能遇到的问题及对永磁机构中的控制单元的高可靠性进行分析。
2.配永磁机构的真空断路器中控制单元要在较短的时间内设计出，并应用于永磁机构。单纯靠简单设计是满足不了高可靠性设计要求的，设计电源线路复杂，若设计思路混乱，稍有疏忽就会造成不可挽回的重大损失。因此必须拥有一批高技术人员，进行广泛的调研、方案论证，参照电气行业及机电行业各项标准，并且具备精确的检测设备和高性能的试验设备，这是设计高可靠性控制单元必可少的软硬件基础。
在设计配永磁机构的真空断路器控制单元的整个过程中，经过广泛的调研、方案论证，并充分吸取弹操机构的优缺点，考虑可靠性、免维护性、智能型、扩展性、实用性，针对，目前弹操机构加工零部件多，加工精度差，故障多等方面进行了充分的完整性设计考虑。这些都是设计的重要环节之一，是必不可少的前期工作，是保证设计思路清晰的先决条件。电气行业及机电行业各项标准是在设计的整个过程中必须严格遵守的原则。
配永磁机构的真空断路器必须保证可靠的分、合闸，决不允许出现其它诸如中间状态等故障位置，一旦出现故障位置，应及时分闸并报警。这就要求设计人员必须充分考虑这些问题，在设计中要设计可靠的分闸或合闸位置检测功能，采用安装方便，结构简单，响应速度快，体积小，功耗低，检测距离可调，抗干扰性强的电子接近开关来检则开关的分、合闸状态，这一点就比弹操机构考虑得要周到，更可靠，更智能化。
控制器的设计还要考虑具备防跳功能，这也是在设计过程中需考虑到的设计环节。当真空断路器的控制电路同时接收到分、合闸命令时，只响应分闸命令，同时封锁合闸命令；当发出合闸命令后，未取消合闸命令随即又发出分闸命令(或因过流、欠压等故障原因)，此时合闸到位后即刻响应分闸命令，同时封锁合闸命令，使其不会出现跳跃现象，相当于传统机械操动机构中防跳继电器部分，但电路更简单、无触点，可靠且稳定，体积小，成本也非常低。
电容器作为电源具有许多潜在的优点。电容器的充电时间较短，可采用具有滤波或非滤波、稳压或非稳压的直流输出的任何一种常规电源装置对其充电。因不必考虑充电过量的危险，所以不要求对精确的充电电流和充电时间进行监视。电容器的充、放电周期也几乎是无限的。电容器作为电源，在使用中不存在化学污染或电极氧化问题，可以经受数次短路，并可放电至任意电平都不会受损坏。除此之外，电容器还可以很容易地并联使用，而不会产生并联电池之间的偏置电流那样的侧流效应问题。因此，户内配永磁机构的真空断路器中的电源设计，我们采用电容器放电的方式是相对可靠的。
在设计给电容器充电的电源时，同样必须考虑高可靠性。开关电源相对于线性电源，在设计电源方案时均考虑了电源行业标准，具备宽范围电压输入(65％～120％额定电压)，稳定的电压(1X2100V)输出及电磁兼容性。而且为交直流两用，具有体积小、效率高、稳压范围宽、稳压精度高、纹波小等优点，在动态负载特性和电磁兼容性两方面更具特色和优势。
现代的功率场效应晶体管MOSFET开关管，由于工艺结构技术的不断改进，先进工艺的采用，使功率MOSFET具有很高的质量及相当快的开关能力，输入阻抗高，用单电源电压控制，且器件的体积小，开关频率高，因此驱动控制非常简单，功耗小，可采用集成驱动电路，从而大大简化了驱动电路，缩小了装置体积，提高了系统的效率和可靠性。另外，功率MOSFET开关管较之其它电力半导体器件有其独特的优点，即易于并联使用，且器件的体积小，驱动控制非常简单。
但采用单一的功率MOSFET开关管进行断路器的分合闸操作，存在一个与机构配合问题，即此控制电路不能很好解决分闸与合闸线圈互感问题，分闸速度受影响，而且功耗较大。针对此问题，新设计出的控制器iSPM300系列产品，彻底解决了分闸与合闸线圈互感问题，降低了功耗，而且断路器分闸速度有明显的提高。例如31．5kA断路器使用先前设计的控制器，分闸速度仅在0．9m／s至1．0m／s，始终无法超过1．0m／s，特别是对于40kA断路器，更是难以办到的事。现在使用新设计出的控制器iSPM300系列产品，它是采用高可靠性的功率MOSFET开关管与晶闸管有机的结合，既保证开关可靠的分合闸，又可有效地降低功耗，减少无用功，提升断路器分闸速度，降低真空灭弧室电磨损，提高断路器的使用寿命。无论是31．5kA断路器，还是40kA断路器，分闸速度都提升到1．0m／s至1．2m／s，有了质的飞跃。经过严格的3万次寿命考核，控制器使用一切正常，充分证明了控制器的高可靠性。
严格的电子元器件人厂检验及老化筛选是确保控制单元高可靠性的前期准备工作，是必不可少的重要环节。在设计配永磁机构的真空断路器控制单元时，必须考虑这一问题。电子元器件的入厂检验都必须经过专人专项负责，通过合格的检测设备(如精密电阻测量仪，电容电感测试仪，集成电路测试仪，耐压检测仪，高低温测试箱等)，进行严格的检验，并做好每一项记录，基本上做到100％检验，为最终设计目标打好坚实的基础。
在调试配永磁机构的真空断路器控制单元时，编制严格的调试工艺文件、质量跟踪卡等技术文件，并应专门设计一套调试用模拟平台，模拟现场工作发送各类信号，诸如分、合闸信号；过流、欠压信号等，并可以使用进口Tektronix示波器等设备观测信号输入及信号响应波形，记录在案。由各信号输入接口逐级向后监测动态响应波形，调试起来得心应手，及时发现问题，及时解决问题，不会留下任何潜在的问题，可确保控制单元安全可靠工作。
电磁兼容性的考核对作为永磁机构中的重要组成部分的控制单元是必不可少的。在设计永磁机构中的控制单元的整个过程中，都必须从多方面加以电磁兼容性的考虑。
如手动、自动分合闸控制电路，由两组电气绝缘达到2．5kV的光电隔离器与控制驱动电路隔离，可屏蔽外接电源的干扰；位置感应传感器探测出的分、合闸位置通过电气绝缘达到2。5kV的光电隔离器向控制驱动电路发出位置信号；位置感应传感器探测出不允许的中间位置，亦会通过电气绝缘达到2．5 kV的光电隔离器向控制驱动电路发出位置信号，则控制器立即封锁外部操作的分、合闸信号，同时立即自动给出分闸命令，使断路器立即分闸；另外所有的对外输入、输出电路均通过电气绝缘达到2．5kV的光电隔离器隔离，这样便可在一定程度上屏蔽外接电源及信号的干扰。
