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[1][2],。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)重的過電壓現(xiàn)象,，因此,，抑制過電壓對(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(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所示。三相交流電通過整流橋?qū)?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/電抗器" title="電抗器" target="_blank">電抗器L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=1.35U2Lcosα（1）

    電抗器中存儲(chǔ)的能量（即被測(cè)電阻閥片的能容量）為

    W=(1/2)LI2（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=2.55Ω,。

    在設(shè)計(jì)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(cè)試要求，取L>1H,，RL<2.4Ω,。我們首先采用矩形截面的設(shè)計(jì)，經(jīng)過多次試驗(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ρ=0.0217×10－6Ω·m；

    線圈繞制系數(shù)K=1.05,；

    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=d1＋b=0.76＋0.42=1.18m,；

    線圈總長(zhǎng)l=πdN=π×1.18×1024=3796m（取3800m）；

    線圈電阻R1=ρl/s=0.0217×10－6×3800/35×10－6=2.356Ω,。

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=N2dΦ（4）

式中：Φ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Φ=16.26,；

      N為線圈匝數(shù)；

      d為線圈的平均直徑,；

            μ0為空氣的導(dǎo)磁率,，它的值是4π×10－7。

則線圈電感為

    L=N2dΦ=×10242×1.18×16.26×10－7=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(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(shí),，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(shí)間常數(shù)τL=L/RL,，充電時(shí)間t≈4τL。則電容器C時(shí)間常數(shù)取τC=τL/4=R1C,。

    為保證振蕩電路可靠阻斷主電路,，其峰值振蕩電流取1.5I，即

    ImL1C=Ud/ωL1

    振蕩電路頻率ω=1/

    L1=CUd2/ImL1C2

    圖3中R5是一個(gè)對(duì)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(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(<=)2.55Ω,；

    4）換向電路L1=0.43mH,，C=150μF,，R1=550Ω。

    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5為電抗器電流圖,。

圖4    換向電流圖

圖5    電抗器電流圖

5    結(jié)語

    經(jīng)過試驗(yàn),，此電源達(dá)到了測(cè)試氧化鋅非線性電阻器的要求，測(cè)試結(jié)果與計(jì)算比較吻合,，通過調(diào)整參數(shù),，可調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作情況。該測(cè)試系統(tǒng)切實(shí)可行,，結(jié)構(gòu)合理簡(jiǎn)單,。