[发明专利]新型电容器组操作过电压限制器

说明书

本发明属于一种用金属氧化物非线性电阻与线性电阻构成的电容器组操作过电压限制器。

在电力系统及大型工矿企业中，为了调压、调整功率分布及滤波的目的常装设大容量的电容器组。这些电容器组常需随运行工况的变化而频繁投切，在投切过程中由于电磁能量的转变。可在电容器组以及其所连接的其他电力装置上激发过电压，严重情况下可使绝缘击穿或加速老化，产生事故。为了提高电力系统运行可靠性。必须采取措施以限制投切电容器组时所产生的过电压。国家标准GB3983-83规定了电容器极间操作过电压耐压水平为22]]>U_n（U_n为电容器的额定电压）。电力装置的对地绝缘水平对于中性点非有效接地系统一般在4～4.5倍运行相电压左右。

目前采取限制此种过电压的措施有：

1、用电压互感器以释放电容器组在切除后的残存电压;

2、采用无重燃或加装合闸电阻的断路器以进行电容器组的投切操作;

3、用无间隙金属氧化物避雷器以限制电容器组极间过电压及对地过电压。

众所周知，LC串联电路合闸于直流电源+U_m时，若电容的初始电压为零时，则电容器上最大过电压不超过2U_m;而若电容器上初始电压为-U_m时，电容器上最大过电压不超过3U_m，（实际上电源系统是工频电压，为简化说明而采用直流电源，这分析不会改变过程本质，而其结果偏于保守）。利用电感互感器以释放电容器组残余电荷，避免了反极性合闸的可能性，对于限制正常操作过电压是有效的，但对于断路器重燃过电压它却无能为力。目前还不能保证断路器无重燃，而频繁操作的断路器其重燃的机会增加，因而防止重燃过电压是问题的关键。带合闸电阻的断路器操作时先接通合闸电阻R于LC电路，此时电阻R起了阻尼作用，若R≥2L/C]]>则回路中的电磁过程为非周期性的，不会有过电压，当R＜2则为周期性的，有过电压，R之值愈大则过电压愈低，待电容器上电压近稳定值时再将R短路，达到正常工作状态;切除时先接入电阻R后再切除RLC电路，则可限制重燃过电压。此措施原理上可以有效地限制投切电容器组过电压，但因需要特殊结构的断路器，不但加重了设备投资，不易广泛使用，而且增加了断路器机构故障的机会，也非理想的措施。在电容器组上并联电阻R也能阻尼回路中之电磁振荡，为防止正常运行时电阻R的能量损耗，采用了金属氧化物避雷器，这是目前所广泛采用的措施，但此措施所能限制的过电压水平一般高于2×2]]>U_n，而且为吸收过电压能量要有相当大的尺寸和重量。

本发明的目的是利用金属氧化物非线性电阻与线性电阻构成的电容器组操作过电压限制器，开发一种在保护性能和其他各项技术指标都优于现有技术和产品的一种新产品。

本发明所依据的原理是通过与L并联的电阻R对电磁过程阻尼（图1），当R≤1/2时电磁过程为非周期性的，无过电压，当R＞1/2时为周期性的，有过电压，R之值愈低则过电压愈低。但长期接入R势必使能量损耗过高至不能接受的程度。为了解决这一矛盾，与R′串联一金属氧化物非线性电阻（MOV），它的功能是在正常运行时它呈现极大的电阻，有如将R′由主电阻路中开断一样，而在过电压下它又是一个非常小的电阻，将R′接入至电路起阻尼作用。金属氧化物非线性电阻的伏安特性如图3所示，在其参考电压U_ref以下时它呈现高电阻特性，流过电流为微安级主毫安级（视乎其截面大小），接近于隔绝了流过R′的电流，而当外加电压高于U_ref时相当于一数值甚微的动态电阻R_d与一数值相当于U_ref的反电动势的串联。金属氧化物非线性电阻在过电压下动作后的等值电路如图4所示，R_d与R′串联后并联于电感L起阻尼作用，只需U_ref足够小，R_d亦足够小，则阻尼作用实际上决定于R′。