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大能容氧化锌灭磁电阻

文字:[大][中][小] 2016-3-21    浏览次数:2485    

[摘  要]:本文通过对SiC非线性电阻和ZnO非线性电阻两种吸能元件的性能比较,指出了SiC电阻存在的问题,介绍了大能容ZnO电阻的技术优点以及适用于大型机组的情况。

  [关键词]  大能容;碳化硅;氧化锌;大型机组
  1、 前言
  随着我国电力产业的发展,电站单机容量越来越大。特别是大型水轮发电机组的快速发展,这些大型机组能否可靠快速地灭磁,保护发电机转子的绝缘越发显得重要。灭磁的快速性是灭磁保护的一个重要指标,尤其对水电机组。在快速灭磁的同时,转子电流迅速下降,会产生危及转子安全的过电压,因此,限制过电压值,保护转子绝缘安全是灭磁保护的又一项重要指标。能否安全、可靠地快速灭磁并有效地限制转子两端的过电压,保护发电机的安全,耗能元件选择至关重要。

  当今,大型机组的灭磁电阻基本都是采用碳化硅和氧化锌压敏电阻,而目前国内使用的氧化锌压敏电阻主要是小规格的φ88电阻片。科聚公司作为长期开发生产氧化锌灭磁电阻的厂家,一直致力于开发研究氧化锌压敏电阻的应用技术,现在开发出直径φ156的大能容压敏电阻,下面对这2种规格的压敏电阻和碳化硅电阻的主要性能做一简单的比较。

  2.SiC在灭磁应用中存在的问题
  无论对引进灭磁系统的改造还是对现有运行中灭磁系统的试验研究,SiC作为发电机灭磁与过电压保护吸能元件时,都存在以下问题:
  (1)SiC自身不具备限压特性,但SiC又易产生过电压灼弧以致击穿,所以必须限制使用SiC的电压范围。
  (2)通过每一SiC阀片的电流不能过大,应有相应的电流限制,包括阀片的能容量也有能量灌入时间限制。例如Power Dvelopment LTD.产品说明中就明确规定,阀片必须在5s区间内吸收规定的标称能容量,如阀片的能容量是20kJ,它必须用5s吸收20kJ能量,如果缩短吸能时间,阀片会损坏,原因在于SiC不能承受高的di/dt冲击。
  (3)单片SiC灭磁电阻的最大电流确认为500A,设计允许值选用250A;单片SiC灭磁电阻的最大允许电压为6000V。
  (4) 单片SiC灭磁电阻的允许温度,确认105℃为长期运行温度,160℃为允许最大温度,250℃为破坏温度。
  3.大能容ZnO压敏电阻的技术特点
  3.1大能容压敏电阻的外形尺寸
  安徽时代科聚电气公司利用自身多年研究氧化锌压敏电阻技术及其应用的经验和生产制造平台,成功地开发出了大能容高规格的氧化锌压敏电阻,该压敏电阻的规格尺寸为:Φ156(32)×12.5mm的环形电阻片。
  该压敏电阻安装使用方便,可以根据机组大小进行相应的配置结构尺寸。
  3.2 大能容氧化锌压敏电阻的技术参数
  大能容氧化锌压敏电阻片具有良好伏安特性、通流容量和低残压等优点,具体技术参数如下:
  (1)U-I特性公式
  大能容氧化锌压敏电阻的U-I特性      U=(420-486)*I0.027
  (注:碳化硅压敏电阻的U-I特性            U=(29-40)*I0.4)
  (2)单片ZnO压敏电阻片的通流容量
  标称能容量:130kJ     额定能容量:100kJ    最大能容量:160kJ
  (3)残压比
  200A下残压比 k=U200A/U10mA≤1.35
  500A下残压比 k=U500A/U10mA≤1.42
  4.大能容压敏电阻的能量考核试验
  随意抽取大能容氧化锌压敏电阻3片,进行90次的能量连续冲击考核试验,试验结果符合要求。
  4.1试验要求
  冲击试验能量≥100kJ,试验间隔为电阻片冷却至室温;
  测试每次试验前后的压敏电压和泄漏电流;
  测试每次试验后压敏电阻的表面温度(3分钟以内);
  录取每次试验的波形和伏安特性曲线。
  4.2试验数据
  (4)在每次试验结束时用红外测温对电阻片进行表面温度的测试,在每次90次的100KJ能量冲击中,最高表面温度为89.9度,温升仅为71.5K。
  为了进一步验证考核这种大能容氧化锌压敏电阻的能量寿命,我们在XS01号进行了90次100KJ的能量冲击后,我们又对该电阻片进行了130KJ的冲击能量试验。
  5.结论
  大能容的氧化锌压敏电阻具有优异的伏安特性,残压比小。没有电流的限制而SIC则最大通流500A,实际应用基本都在100A左右。在吸能100KJ情况下温升才80K左右,温升低,同时采用环形结构,减少了安装空间。单片能容量高达130KJ,远远高于同等规格的碳化硅能量(75KJ)。串并联难的问题早已解决,国产ZnO价格远低于进口SiC;从单位能量密度看,ZnO体积小于SiC,只是从安全考虑加串保险熔丝,才使布置空间稍大,正因为如此,灭磁保护的安全可靠性得到了进一步的提升。因此,我们认为无论中小型机组,特别是大型机组选用大能容的ZnO非线性电阻是非常适宜的。
  [参 考 文 献]
  [1]冯士芬等 《SiC与高能型ZnO非线性电阻在灭磁与过电压保护方面的应用 》大电机2005NO5
  [2] 彭 辉    《灭磁吸能元件的分析比较》
  [3]  NON LINEAR VOLTAGE DEPENDENT DISCHARGE RESISTORS By Power Development Co.Ltd[S].
  [4]安徽时代科聚《大规格高能量氧化锌压敏电阻器》安徽省电子产品监督检验所 皖电检所字206号
  [5]李自淳等 《百万千瓦汽轮发电机灭磁兼过电压保护研究》大电机2006 NO 4
  [6]彭辉等《氧化锌压敏电阻均能配片》上海大中型电机 2006 NO 1

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