氧化鋅非線性電阻測(cè)試電源系統(tǒng)

1、氧化鋅非線性電阻測(cè)試電源系統(tǒng)氧化鋅非線性電阻廣泛用于電力系統(tǒng)過(guò)壓保護(hù)和浪涌能量吸收。研究了一種對(duì)其進(jìn)行測(cè)試的電源。測(cè)試電源用容量電抗器來(lái)提供非線性電阻測(cè)試所需要的浪涌能量。試驗(yàn)結(jié)果表明，測(cè)試電源工作可靠，能完成對(duì)氧化鋅非線性電阻的有效測(cè)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(jià)廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)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(shí)將導(dǎo)致嚴(yán)重的過(guò)電壓現(xiàn)象，因此，抑

2、制過(guò)電壓對(duì)設(shè)備和操作人員的安全都是極為重要的3。隨著我國(guó)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(lái)越大，為保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行，對(duì)發(fā)電機(jī)的快速滅磁，過(guò)壓保護(hù)越來(lái)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(duì)其能容量有直接影響，均勻度差會(huì)降低其對(duì)能量的吸收能力。測(cè)試電源系統(tǒng)就是要模擬ZnO快速滅磁時(shí)所吸收的瞬間能量，并監(jiān)控ZnO電阻的工作情況，得出測(cè)試結(jié)果和參數(shù)。1    電路基本原理    測(cè)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(guò)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(dòng)作，使L與整流橋斷開(kāi)并對(duì)ZnO非線性電阻放電，完成測(cè)試。電抗器L是整個(gè)電源的核心，其合理設(shè)計(jì)對(duì)測(cè)試電源的性能有決定性作用。因此，電抗器設(shè)計(jì)是測(cè)試電源設(shè)計(jì)的核心。圖1    原理圖2    電抗器L優(yōu)化設(shè)計(jì)    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(chǔ)的能量（即被測(cè)電阻閥片的能容量）為 

4、60;  W=(1/2LI2（2）式中：I為被測(cè)電阻閥片的短時(shí)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(jì)電抗器所需參數(shù)L和RL。    如果以W=20kJ，I=200A，設(shè)計(jì)電抗器，則由式（1）式（3）可得L=1H，RL=2.55。    在設(shè)計(jì)電抗器的過(guò)程中要考慮很多方面的因素，為保證電源滿足測(cè)試要求，取L>1H，RL<2.4。我們首先采用矩形截面的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)多

5、次試驗(yàn)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(jì)，最終設(shè)計(jì)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(hào)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(zhǎng)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(cè)電感值是否滿足要求    電感的計(jì)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(jì)算手冊(cè)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(shí)，切斷主電路，讓電抗器對(duì)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(guò)二次側(cè)的邏輯控制使繼電器ZJ動(dòng)作，V3關(guān)斷，V2導(dǎo)通，此時(shí)正向電流存在V1仍導(dǎo)通，L1與C所組成的振蕩電路開(kāi)始振蕩，電容C開(kāi)始通過(guò)L1放電，其電流方向與主電路電流相反，當(dāng)流過(guò)V1的電流值降為0時(shí)，V1將被強(qiáng)制關(guān)斷，換向過(guò)程結(jié)束。這就要求C要先于L完成充電。    由于電抗器L時(shí)間常數(shù)L=L/RL，充電時(shí)間t4L。則電容器C時(shí)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(gè)對(duì)主電路進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)的氧化鋅非線性電阻，其電壓等級(jí)高于待測(cè)電阻。待測(cè)非線性電阻故障時(shí)，R5可限制電抗器兩端的高電壓。 4    試驗(yàn)    為驗(yàn)證上述測(cè)試電源系統(tǒng)的可行性，進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)電路參數(shù)如下：    1）被測(cè)氧化鋅電阻閥片能量

11、W=20kJ；    2）測(cè)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(yàn)表明，直流側(cè)電流達(dá)到200A時(shí)，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(dòng)作，控制電路驅(qū)動(dòng)繼電器ZJ動(dòng)作，L1C振蕩電路開(kāi)始強(qiáng)制換向。測(cè)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(kāi)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(cè)試。    圖4為換向電流圖。圖