中性点高阻尼电阻器的制作方法

本实用新型属于电力系统和企业供电系统领域,即中性点高阻尼电阻器。

背景技术：

电力系统与企业供电系统能否实现安全运行，能否减少事故，与各电压级系统中性点接地方式密切相关，中性点接地方式不同，安全运行效果亦完全不同。

总结电网中性点不接地方式的优缺点，从供电连续性，可靠性，单相接地可持续运行时间、对谐振的抑制效果、故障点烧损程度、高频电弧重燃和工频电弧重燃过电压的抑制水平、对继电保护的影响、人身安全，以及总体事故率等多方面比较，已有高电阻接地的技术的特征，在对地电容电流7A左右，不超过10A的系统内，可有效抑制各种形式的谐振过电压，抑制工频与高频电弧重燃过电压，抑制中性点位移电压。系统发生单相接地时，可带一点接地持续运行2小时，在较小系统内优于不接地、消弧线圈接地、低电阻接地和直接接地等接地方式。可降低事故率，保持供电连续性，提高供电可靠性。

已有技术存在的缺陷或问题：

适用范围小。仅适应电容电流7A以下的供电系统，只能解决较小供电系统的供电可靠性问题，适用范围只能限于架空线路为主的配电网或电缆较少的配电网，如行业标准DL/T620–1997《交流电气装量过电压保护和绝缘配电》第314条明确规定“故障电流较小的6～10KV系统为防止谐振和弧光接地过电压，可采用高电阻接地方式”；DL/T5000-2000《火力发电厂设计技术规程》第13.3.2规定“当高压厂用电系统的接地电容电流在7A以下时，其中性点宜采用高电阻接地方式；当接地电容电流为7A及以上时其中性点宜采用低电阻接地方式，也可采用不接地方式”。而实际运行的供电系统电容电流大部分在3～60A之间，其中单位电压级系统3～7A为少数，大部分为7～60A，另有少部分系统达到100A左右或超过100A以上，因此只适应10A左右电容电流的系统，范围较小，不能解决大部分供电系统的问题（关于系统容量大小，一般以主变压器容量、发电机容量或负荷的大小划分）。但从过电压防护的意义上划分，则以各电压等级系统的工频对地电容电量的大小划分，依现代电网的状况或应考虑残余谐波及放大因素。

高温时电阻率变化超差，影响阻尼效果。电力系统内部过电压事故90%以上由谐振过电压引发，如何解决谐振是重中之重。电阻具有阻尼谐振的特点，阻尼效果取决于阻尼区间电阻值的选择和高温时电阻值的稳定性，根据在某系统的应用实验数据，偏差以不可超过±3%为宜，偏差或大或小都将不同程度地影响阻尼效果。即高温时电阻率的稳定性非常重要。

目前已有的高值电阻器多为镍铬、镍铁、铁铬铝合金等，高温环境下电阻率的变化为3%～15%不等，有的甚至超过100%或更高，这种较大的正误差或负误差，都将不同程度地影响阻尼效果，使电阻的有效阻尼区间变小。尤其系统发生单相接地时，电阻器的电阻值必须保持在高温状态下基本稳定不超差，以有效抑制分频谐振。若偏差较大，则必然影响阻尼效果，进而影响对高频电弧重燃的抑制效果，发生过电压击穿绝缘事故，影响供电连续性。这种电阻率超差是减小适应范围的重要因素，即除抑制工频和高频电弧重燃过电压之外，抑制谐振是最重要的问题。

电阻器体积大、占地面积大。因惧怕单相接地时电阻器温度升高导致电阻率变化，进而影响阻尼谐振效果，防止高温时烧坏电阻器及其它附件，被迫采用人为加大装置体积，加大散热空间和占地面积的办法，但尽管如此限于电阻片材质性能因素仍存在电阻率超差问题，最终影响阻尼谐振效果和减小了适用范围。另外在外壳制造上，体积大，成本高。

根据在多个企业6～10KV电网的应用数据，流经电阻电流选择的10A，可应用电容电流为60A的系统，若选择电阻电流为18～20A时，或许可适应电容电流100A的系统。按界限划分电阻电流20A时仍属于高值电阻的范畴。

应用方式：应用方式为三种形式：

1、没有中性点时，可人为制造中性点之后接入。

2、变电站主变压器中性点引出时，可直接接入中性点。

3、以等效方式接入中性点。

应用领域：适用于突然断电会造成危害人员生命，或爆炸或造成重大设备事故或造成重大经济损失等重要用户。如：电力、石油、化工、冶金、电气化铁路、煤矿等非金属矿山和金属矿山、机场、港口、通讯机统、广播电视、军事工业、雷达等军用设施以及所有重要的供电系统。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供了一种高温状态下电阻率变化不超过±2%，在镍铬合金中加入适量钛的镍铬钛合金高效阻尼电阻材料的电阻，用于中性点高阻尼电阻器。

本实用新型的技术解决方案：中性点高阻尼电阻器，包括壳体,其特征在于壳体内有接地变压器、高阻尼电阻器、监视测量装置，接地变压器的中性点连接高阻尼电阻器，再连接电流互感器，最后接到大地；所述的高阻尼电阻是在高温状态下电阻率变化不超过±2%。

连接方法是系统ABC三相电连接至接地变压器。监视测量装置包括温度计、电流表等。

将高阻尼电阻器连接于糸统中性点外大地之间，如果系统无中性点，可采用Z型接线的接地变压器人为制造系统中性点。

高阻尼电阻由以下质量百分比的化学成分制成：Ni17.3%, Ti 3.9% ,Cr1% ,W14.8%， Fe63%。

可抑制各种形式的谐振过电压，抑制工频弧光接地过电压，抑制高频弧光接地过电压，降低中性点位移电压，根据在某系统的应用实验数据，对电容电流I_C的适应范围可达到1:6，即电阻电流I_R选择10A时，可适应电容电流I_C为60A的系统。单相接地可持续运行时间为2小时，提高了供电连续性，保留了中性点不接地和经消弧线圈接地方式的优点，克服了不接地、消弧线圈接地、直接接地、低电阻接地和常规高电阻接地的缺点。在电容电流不大于60A的系统内，相对于其它接地方式是事故率最低，可靠性最高的接地方式。在某些企业有谐波的电网进行的技术应用实验结果，已实现连续运行无事故，即可实现长期安全稳定运行的良好效果。

本方案设计的中性点高阻尼电阻器特指高温状态下电阻率变化不超过±2%，可满足60A电容电流系统，可有效抑制高频电弧重燃，可在高温状态下带单相接地持续运行2小时的特种高温、高值合金电阻。

在镍铬合金中加入适量钛，即形成镍铬钛合金，利用钛金属在882.5℃左右高温时电阻率由151/uΩ.cm突降至139.5/uΩ.cm左右趋向平稳的特性，将中性点电阻的电阻值限制在±2%的允许范围内。以此保持电阻器在合理阻尼区间运行，发挥阻尼谐振作用，并以此扩大对电容电流的适用范围。

本实用新型的优点是：

1、高温时电阻率变化小，电阻率不超过±2%，阻尼区间拓宽，拓宽对电容电流的适应范围至I_r：I_c=1:6以上，远大于1:1，对单位电压级系统的电容电流适应范围大，可使大部分单位电压等级系统得到有效保护，可解决绝大部分系统的供电连续性与可靠性，降低事故率，提高供电可靠性，大量地减少经济损失。

2、有效抑制高频电弧重燃过电压，兼顾抑制工频电弧重燃过电压。

3、不惧怕高温，无需加大装置的散热空间，缩小电阻接地装置体积，节约材料成本。

4、该技术对高温的适应性强，无需考虑大的散热空间，可缩小电阻接地装置体积约20%，降低成本。

5、使用最佳成分配比尤其是钛的含量为Ti ~3.9% 的情况下，在热处理条件下和冷处理后具有好的组织稳定性，提高了镍钨钛合金高效阻尼电阻的热稳定性，高温状态下，即882.5℃~1200℃，电阻率变化不超过±2%。应用在电网中性点电阻器中可以达到更好的阻尼效果。

下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。

附图说明

图1是镍铬钛合金电阻率温度曲线图。

图2是中性点电阻阻尼谐振效果区简图。

图3 非线性谐振回路。

图4 非线性谐振回路的伏安特性。

图5有电阻存在的非线性谐振回路。

图6 有电阻存在的非线性谐振回路的伏安特性。

图7是系统中性点经高电阻接地装置接线示意图。

图8是系统中性点经中性点电阻接地示意图。

图9是系统中性点需要用等效电阻示意图。

具体实施方式

参见图1、2，根据企业6～10KV系统的应用实验和采用该型高阻尼电阻接地方式前后的运行效果比较，I_R:I_C可达到1:6，即电阻电流10A时，可适应60A电容电流的系统。并实现长期安全稳定运行，提高供电连续性与可靠性，即通过应用实验与实践突破I_R≥I_C的界限。日常运行时，实时高效阻尼，系统单相接地时，不立即断电，以防止重要用户一类负荷因事故突然断电发生重大经济损失或危及人员生命安全。带单相接地的持续运行时间为2小时，以方便倒换电源或有准备停产或有准备撤离人员。在结构上，因此种合金材料耐高温性能好，无需特殊考虑散热空间，装置体积可整体减小20%以上，降低柜体成本。

参见图3，谐振有多种形式，如由带铁芯的电感元件、空载变压器、电压互感器等和系统中的电容元件组成的谐振回路。

受铁芯饱和的影响，铁芯电感元件的电感参数是非线性的，这种含有非线性电感元件的回路，在满足一定谐振条件时，会产生铁磁谐振。图3是由线性电容和铁芯电感组成的谐振回路。

参见图4，由于铁芯的饱和程度会随着电流的增大而增大，电感L会随着电流的增大而逐渐降低，因此回路中电感的伏安特性是非线性的。

图4 中的曲线1是电容C的伏安特性曲线。曲线2是非线性电感L的伏安特性曲线,即在两者的交点b处，满足谐振条件。曲线3是和的差值，即回路的总压降,也即电源电压值，可写成：

。

参见图5，当回路中接入电阻后（本方案），当计入电阻的作用时，回路的总压降将变为ΔU′，可写成

参见图6，加入电阻后，其伏安特性如图6所示。ΔU′的曲线可以图4中曲线3为基础，根据电阻的伏安特性曲线IR作出，如图6所示。例如当时，可得，取，则有：。取，即可得和相应的ΔU′点。由图可见，此时激发谐振所需的电压将增高。谐振激发后，当电源电压降低到正常电压E时，谐振点将从c点，转移到c′点，此时L、C两端的过电压下降。

因此，要彻底消除基波铁磁谐振，必须人为地加入高效阻尼电阻R，使图7中ΔU曲线上的d点抬高为d″点，即使之略高于正常工作时的电压E，这样在正常工作电压下，谐振就不能自保持了。此时根据d点的电流值I，可以算出所需的电阻R为：。

参见图7，接地变压器表T，中性点电阻R，电流互感器CT。以10kV系统为例，当系统没有中性点时，在10kV系统母线，连接接地变压器T，接地变压器采用Z形接线，目的是使接地变零序阻抗最小，接地变的目的是制造一个人为的系统中性点，接地变压器中性点连接电阻器，经过电流互感器后接入大地。

参见图8，主变压器二次线圈B，接地变压器表T，中性点电阻R。以10kV系统为例，如果系统有中性点，比如主变压器二次线圈为Y型接线，在系统中性点直接连接电阻器，然后经过电流互感器接地。

参见图9，发电机或电动机G，单相接地变压器T。如果系统有中性点，但需要采用等效电阻接地时，中性点与地之间接入单相接地变压器，单相接地变压器二次侧接入中性点电阻和电流互感器，此时虽然电阻接在接地变二次侧，通过接地变一次、二次线圈变比，等效为系统中性点经高电阻接地，此种接线方式一般接于发电机、电动机和主变压器中性点。