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文檔簡介
1、氧化鋅非線性電阻測試電源系統(tǒng)氧化鋅非線性電阻廣泛用于電力系統(tǒng)過壓保護(hù)和浪涌能量吸收。研究了一種對其進(jìn)行測試的電源。測試電源用容量電抗器來提供非線性電阻測試所需要的浪涌能量。試驗結(jié)果表明,測試電源工作可靠,能完成對氧化鋅非線性電阻的有效測試。0 引言 氧化鋅非線性電阻是一種壓敏電阻器,用于電力系統(tǒng)保護(hù)已有30多年的歷史了,它具有保護(hù)效果好,節(jié)能、價廉等一系列優(yōu)點,因此,在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù),剩磁吸收,及避雷器中有著不可替代的保護(hù)作用12。由于電力系統(tǒng)中感性元件的存在,電力設(shè)備中故障電流出現(xiàn)時將導(dǎo)致嚴(yán)重的過電壓現(xiàn)象,因此,抑
2、制過電壓對設(shè)備和操作人員的安全都是極為重要的3。隨著我國電力事業(yè)的迅猛發(fā)展,電網(wǎng)容量不斷擴(kuò)大,發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量也越來越大,為保證電網(wǎng)的安全運行,對發(fā)電機(jī)的快速滅磁,過壓保護(hù)越來越重要。 ZnO電阻的能容量大,通流性能好,可以起到快速滅磁的作用。而ZnO電阻結(jié)構(gòu)的均勻程度對其能容量有直接影響,均勻度差會降低其對能量的吸收能力。測試電源系統(tǒng)就是要模擬ZnO快速滅磁時所吸收的瞬間能量,并監(jiān)控ZnO電阻的工作情況,得出測試結(jié)果和參數(shù)。1 電路基本原理 測試電源由整流、換向、放電三部分組成,如圖1
3、所示。三相交流電通過整流橋?qū)﹄娍蛊鱈進(jìn)行充電,L充電完成后換向電路(圖1中K)動作,使L與整流橋斷開并對ZnO非線性電阻放電,完成測試。電抗器L是整個電源的核心,其合理設(shè)計對測試電源的性能有決定性作用。因此,電抗器設(shè)計是測試電源設(shè)計的核心。圖1 原理圖2 電抗器L優(yōu)化設(shè)計 原理圖中的直流電源由380V三相電整流得到,即 Ud=1.35U2Lcos(1) 電抗器中存儲的能量(即被測電阻閥片的能容量)為
4、60; W=(1/2LI2(2)式中:I為被測電阻閥片的短時間可以承受的電流。 電抗器的電阻為 RL=Ud/I(3) 由式(1)式(3)可得出設(shè)計電抗器所需參數(shù)L和RL。 如果以W=20kJ,I=200A,設(shè)計電抗器,則由式(1)式(3)可得L=1H,RL=2.55。 在設(shè)計電抗器的過程中要考慮很多方面的因素,為保證電源滿足測試要求,取L>1H,RL<2.4。我們首先采用矩形截面的設(shè)計,經(jīng)過多
5、次試驗后發(fā)現(xiàn),很難滿足要求,于是就改用了正方形截面的設(shè)計,最終設(shè)計出了滿足要求的電抗器。電抗器線圈截面圖如圖2所示。圖2 電抗器線圈截面圖2.1 導(dǎo)線型號的選取 采用BVR型導(dǎo)線,參數(shù)如下: 橫截面積S=35mm2; 導(dǎo)線最大外徑dm=12.5mm; 導(dǎo)線電阻率=0.0217×106·m; 線圈繞制系數(shù)K=1.05;
6、; 取線圈的軸向?qū)訑?shù)和徑向匝數(shù)相等,徑向匝數(shù)取32匝,故 線圈匝數(shù)N=32×32=1024; 軸向高度a=12.5×32×1.05=420mm=0.42m; 徑向?qū)挾萣=12.5×32×1.05=420mm=0.42m; 線圈內(nèi)徑d1=0.76m; 線圈平均直徑d=d1b=0.760.42=1.18m; 線圈總長l=dN=×1.18&
7、#215;1024=3796m(取3800m); 線圈電阻R1=l/s=0.0217×106×3800/35×106=2.356。2.2 檢測電感值是否滿足要求 電感的計算公式如下: L=N2d(4)式中:為由線圈結(jié)構(gòu)決定的系數(shù),可從電感計算手冊中查得=16.26; N為線圈匝數(shù); d為線圈的平均直徑;&
8、#160; 0為空氣的導(dǎo)磁率,它的值是4×107。則線圈電感為 L=N2d=×10242×1.18×16.26×107=1.006H, 線圈電感滿足要求。3 換向電路原理 換向電路如圖3所示,要求當(dāng)電抗器L充電完成后即直流側(cè)電流達(dá)到I時,切斷主電路,讓電抗器對氧化鋅電阻閥片放電。換向電
9、路中采用LC振蕩電路反向阻斷晶閘管的辦法。圖3 換向電路電路圖 當(dāng)L充電完成之后,通過二次側(cè)的邏輯控制使繼電器ZJ動作,V3關(guān)斷,V2導(dǎo)通,此時正向電流存在V1仍導(dǎo)通,L1與C所組成的振蕩電路開始振蕩,電容C開始通過L1放電,其電流方向與主電路電流相反,當(dāng)流過V1的電流值降為0時,V1將被強(qiáng)制關(guān)斷,換向過程結(jié)束。這就要求C要先于L完成充電。 由于電抗器L時間常數(shù)L=L/RL,充電時間t4L。則電容器C時間常數(shù)取C=L/4=R1C。 為保證振蕩電路可靠阻
10、斷主電路,其峰值振蕩電流取1.5I,即 ImL1C=Ud/L1 振蕩電路頻率=1/ L1=CUd2/ImL1C2 圖3中R5是一個對主電路進(jìn)行過壓保護(hù)的氧化鋅非線性電阻,其電壓等級高于待測電阻。待測非線性電阻故障時,R5可限制電抗器兩端的高電壓。 4 試驗 為驗證上述測試電源系統(tǒng)的可行性,進(jìn)行了試驗,試驗電路參數(shù)如下: 1)被測氧化鋅電阻閥片能量
11、W=20kJ; 2)測試電源直流側(cè)電流I(>=200A; 3)電抗器的電氣參數(shù)L(>=1H,RL(<=2.55; 4)換向電路L1=0.43mH,C=150F,R1=550。 試驗表明,直流側(cè)電流達(dá)到200A時,交流側(cè)電流幅值為245A,據(jù)此整定交流側(cè)的電流互感器,使電流繼電器動作,控制電路驅(qū)動繼電器ZJ動作,L1C振蕩電路開始強(qiáng)制換向。測試表明電容C先于L完成充電,并且其反向振蕩電流可以強(qiáng)制關(guān)斷晶閘管,斷開主電路,強(qiáng)制換向能夠順利進(jìn)行,使電抗器能量注入氧化鋅非線性電阻閥片,可以完成測試。 圖4為換向電流圖。圖
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