1、氧化鋅非線性電阻測試電源系統氧化鋅非線性電阻廣泛用于電力系統過壓保護和浪涌能量吸收。研究了一種對其進行測試的電源。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，用于電力系統保護已有30多年的歷史了，它具有保護效果好，節能、價廉等一系列優點，因此，在發電機轉子過電壓保護，剩磁吸收，及避雷器中有著不可替代的保護作用12。由于電力系統中感性元件的存在，電力設備中故障電流出現時將導致嚴重的過電壓現象，因此，抑

2、制過電壓對設備和操作人員的安全都是極為重要的3。隨著我國電力事業的迅猛發展，電網容量不斷擴大，發電機的單機容量也越來越大，為保證電網的安全運行，對發電機的快速滅磁，過壓保護越來越重要。    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電阻結構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。測試電源系統就是要模擬ZnO快速滅磁時所吸收的瞬間能量，并監控ZnO電阻的工作情況，得出測試結果和參數。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對電抗器L進行充電，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，其合理設計對測試電源的性能有決定性作用。因此，電抗器設計是測試電源設計的核心。圖1    原理圖2    電抗器L優化設計    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）可得出設計電抗器所需參數L和RL。    如果以W=20kJ，I=200A，設計電抗器，則由式（1）式（3）可得L=1H，RL=2.55。    在設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計，經過多

5、次試驗后發現，很難滿足要求，于是就改用了正方形截面的設計，最終設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    導線型號的選取    采用BVR型導線，參數如下：    橫截面積S=35mm2；    導線最大外徑dm=12.5mm；    導線電阻率=0.0217×106·m；    線圈繞制系數K=1.05； 

6、;   取線圈的軸向層數和徑向匝數相等，徑向匝數取32匝，故    線圈匝數N=32×32=1024；    軸向高度a=12.5×32×1.05=420mm=0.42m；    徑向寬度b=12.5×32×1.05=420mm=0.42m；    線圈內徑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：為由線圈結構決定的系數，可從電感計算手冊中查得=16.26；      N為線圈匝數；      d為線圈的平均直徑；&

8、#160;           0為空氣的導磁率，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，要求當電抗器L充電完成后即直流側電流達到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L充電完成之后，通過二次側的邏輯控制使繼電器ZJ動作，V3關斷，V2導通，此時正向電流存在V1仍導通，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，當流過V1的電流值降為0時，V1將被強制關斷，換向過程結束。這就要求C要先于L完成充電。    由于電抗器L時間常數L=L/RL，充電時間t4L。則電容器C時間常數取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是一個對主電路進行過壓保護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的可行性，進行了試驗，試驗電路參數如下：    1）被測氧化鋅電阻閥片能量

11、W=20kJ；    2）測試電源直流側電流I(>=200A；    3）電抗器的電氣參數L(>=1H，RL(<=2.55；    4）換向電路L1=0.43mH，C=150F，R1=550。    試驗表明，直流側電流達到200A時，交流側電流幅值為245A，據此整定交流側的電流互感器，使電流繼電器動作，控制電路驅動繼電器ZJ動作，L1C振蕩電路開始強制換向。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制關斷晶閘管，斷開主電路，強制換向能夠順利進行，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