专利名称：大容量金属氧化物限压器配片方法
技术领域：
本发明涉及一种大容量金属氧化物限压器配片方法。
在国内，尽管也有多柱(最多为3柱)并联的避雷器产品，但是这种避雷器在配片时只是将那些直流参考电压比较一致的阀片进行串、并联配片，以此希望在避雷器动作时各阀片柱电流分流均匀，耗能相当。但是由于金属氧化物阀片优良的非线性特性以及缺少必要的、规则的配片方法，其避雷器中各柱在动作时分流的均匀性实际上是很难保证的。
国外的一些避雷器制造厂在解决这种多柱并联避雷器均流问题时，主要是依靠他们所拥有的大型试验设备，将两柱阀片并联起未施加冲击电压，并根据两柱分流情况调整其中一柱的阀片，将两柱分流之差控制在一定范围内。因此这种方法必须拥有大型试验设备，这是必要条件。这种方法并不是一个最优的、或者接近最优的方法，而只是将分流之差控制在某一给定范围内即可的懒惰办法。
对于这些大容量限压器而言，均流不好将导致那些分流较大的阀片柱过热损坏，甚至使整只限压器单元爆炸，引起电力系统事故，因而必须要找到一种方法，能使这种限压器在动作时流过各阀片柱的电流分流均匀。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案这种大容量金属氧化物限压器的配片方法如下假设限压器需要的柱数为m个，每一个柱中阀片串联个数为n个。首先采用“归并法”进行初步配片，形成m个阀片柱1)划定n组区域，设定每组区域含有m个子区域，每个子区域至少可容纳n个阀片；2)将mxn个阀片按电压(这里的电压指直流参考电压或者动作电流下的残压)大小排序，设定第一组区域的第一个子区域放置的阀片电压最高，第n组区域的第m个子区域放置的阀片电压最低，并分别依此顺序依次逐个将mxn个阀片放入每个子区域；3)计算出每一组区域中阀片电压的最大压差，并将此压差作为该组阀片的压差；4)在现有阀片组区域中，选出压差最大的两个阀片组区域；5)将其中一组区域中的阀片按照下列规则归并到另一组区域中去将此区域的第m号子区域中的所有阀片归并到另一组区域第1号子区域中去，将此区域第m-1号子区域中的所有阀片归并到另一组第2号子区域中去，将此区域第m-2号子区域中的所有阀片归并到另一组区域第3号子区域中去，依此类推；6)将空出来的一组区域去掉，判别剩余的区域组数是否为1，若等于1，则转向第8)条；7)剩余的区域组数大于1则a)计算归并后的那一组区域每一个子区域中阀片电压的总和；b)按电压总和大小，对归并后的那一组区域的每一个子区域重新排序，使第1号子区域中阀片电压总和最高，第m号子区域中阀片电压总和最低；c)计算出归并后的这一组区域中阀片电压总和的最大压差；d)重复步骤4)；8)初步归并优化过程结束；9)计算出仅有的这组区域的每一个子区域中阀片的电压总和，即阀片柱电压，计算出该组区域中各子区域阀片电压总和的最大压差；10)若该最大压差满足预先设定的数值要求，则停机，这一组区域的每一个子区域中的阀片对应于限压器一个阀片柱所需要的阀片。否则用“对调法”进行细调处理11)对压差最大的两个阀片柱中的个别阀片进行对调调整，调整后重复第9)条。阀片对调调整规则如下a)从压差最大的两个阀片柱中各选出这样一组阀片(1≤数量≤子区域中阀片总数的1/2)，这两个阀片组的压差最接近这两个阀片柱压差的1/2，且小于这两个阀片柱的压差，以及阀片柱电压高的阀片组电压应高于阀片柱电压低的阀片组电压；b)对调这两个阀片组，即将从阀片柱电压高者中选出的阀片组放到阀片柱电压低者中去，将从阀片柱电压低者中选出的阀片组放到阀片柱电压高者中去。
本发明的优点是这种配片方法能够利用现有的或者实用而且简单的试验设备，尽可能充分利用所有阀片来制造多柱并联的限压器(MOV)，并使配置出的MOV各柱动作电流分配最均匀或接近最均匀。
由于每一个阀片的直流参考电压、或者动作电流下的残压都会存在一定差别，因此，要想使各阀片柱在并联限压时电流分配均匀，首先必须对每一个阀片的直流参考电压、或者动作电流下的残压进行实测。这一点很容易做到，不需要大型试验设备。如果用直流参考电压配片，就测阀片的直流参考电压，如果用动作电流下的残压配片，就测其残压。这些实测数据是限压器配片的基础，且由现有技术可实现。
2)将选定的mxn个阀片按电压(这里的电压指阀片的直流参考电压或者动作电流下的残压)大小排序，设定第一组区域的第一个子区域放置的阀片电压最高(或最低)，第n组区域的第m个子区域放置的阀片电压最低(或最高)，并按照这种顺序分别依次将man个阀片逐个放入每个子区域中。
3)计算出每一组区域中阀片电压的最大压差，并将此压差作为该组阀片的压差(这个压差等于该组区域中第1号子区域的阀片电压减去第m号子区域的阀片电压)。
4)在现有阀片组区域中(最开始时，现有阀片组区域数为n)，选出压差最大的两个阀片组区域(如果只有两个阀片组区域，则压差最大的两个阀片组区域就是这两个阀片组区域)。
5)将其中一组区域中的阀片按照下列规则归并到另一组区域中去将此区域的第m号子区域中的所有阀片归并到另一组区域第1号子区域中去，将此区域的第m-1号子区域中的所有阀片归并到另一组第2号子区域中去，将此区域第m-2号子区域中的所有阀片归并到另一组区域第3号子区域中去，依此类推；6)将空出来的一组区域去掉，判定剩余的区域组数是否为1是1，则“归并”优化过程(即粗配)结束，转向第8步，用“对调法”调整阀片进行细配；7)剩余的区域组数大于1，则继续进行归并处理a)计算归并后的那一组区域每一个子区域中阀片电压的总和；b)按电压总和大小，对归并后的那一组区域(而且仅仅是这一组)的每一个子区域重新排序，第1号子区域中阀片电压总和最高(最低)，第m号子区域中阀片电压总和最低(最高)；c)计算出归并后的这一组区域(而且仅仅是这一组)中阀片电压总和的最大压差，并将此压差作为该组阀片的压差。这个压差等于该组区域中第1号子区域的阀片电压总和减去第m号子区域的阀片电压总和。
d)重复步骤4)；由于在第5)步时已经把空出来的一组区域甩掉了，因此以上处理过程每进行一个循环，就会甩掉一组区域，直到最后剩下唯一一组区域。
8)“归并法”粗配过程结束，将处理后剩下的唯一一组区域阀片根据需要再用“对调法”进行个别对调调整；需要注意的是，阀片电压的排序既可以从大到小排，也可以从小到大排，只要保证第7)步b)的排序与第1)步的排序一致，所得到的最终处理结果就是相同的。另外，由于阀片的电流和电压存在着对应关系，用相同残压下的阀片动作电流或者相同参考电压下的参考电流按上述配片方法进行初步配片也是完全可以的。
9)计算出该组区域的每一个子区域中阀片的电压总和，即阀片柱电压，计算出该组区域中各子区域阀片电压总和的最大压差；10)若该最大压差满足预先设定的数值要求，则停机，这一组区域的每一个子区域中的阀片对应于限压器一个阀片柱所需要的阀片。否则进行11)对压差最大的两个阀片柱中的阀片进行对调调整，调整后重复第9)条。阀片对调调整规则如下a)从压差最大的两个阀片柱中各选出这样一组阀片(1≤数量≤子区域中阀片总数的1/2)，这两个阀片组的压差最接近这两个阀片柱压差的1/2，且小于这两个阀片柱的压差，以及阀片柱电压高的阀片组电压应高于阀片柱电压低的阀片组电压；b)对调这两个阀片组，即将从阀片柱电压高者中选出的阀片组放到阀片柱电压低者中去，将从阀片柱电压低者中选出的阀片组放到阀片柱电压高者中去。
针对以上限压器配片处理过程，用Visual Basic编制了一个计算程序，整个处理过程可以在瞬间完成。
这种配片方法可应用于大容量限压器以及类似的避雷器制造。
下面以具体实施例加以说明实施例1MOV样机的研制MOV样机共有3个单元，每个单元内有4个阀片柱，每个阀片柱由6个氧化锌阀片串联组成(n＝6)，所以该MOV样机共有12个阀片柱并联组成(m＝12)，样机共有阀片72个(mxn＝72)。下面以500A配合电流下的残压为阀片电压说明其整个配片过程。
为了得到这些阀片的残压，特对其进行了试验，试验结果如下表所示表1 MOV样机使用的72个阀片在500A冲击电流下的残压
将表1中的阀片按照残压从高到低排序后，依次放入表2中。表2中的每一个区域号和子区域号对应的格内都可以至少放置6个阀片。格内“/”符号之前是阀片编号，之后是该格内所有阀片串联后的电压(这里是残压)。
表2
具有最大压差的两个区域是区域5和区域6。按照步骤5)的规则，将区域6中的阀片合并到区域5中去，并根据步骤6去掉区域6，根据步骤7)a)计算出区域5中的各子区域阀片电压总和，如表3所示表3
对区域5进行重新排序并计算出最大压差，即执行步骤7)b)和7)c)，得到表4。
表4
由于表4中还有5个区域要进行归并处理，因此执行7)d)后，要重新进行步骤4)。由表4可知，具有最大压差的两个区域是区域4和区域5。按照步骤5)的规则，将区域5中的阀片合并到区域4中去，并根据步骤6去掉区域5，根据步骤7)a)计算出区域4中的各子区域阀片电压总和，如表5所示表5
对区域4进行重新排序并计算出最大压差，即执行步骤7)b)和7)c)，得到表6。
表6
由于表6中还有4个区域要进行归并处理，因此再次执行7)d)后，要重新进行步骤4)。由表6可知，具有最大压差的两个区域是区域1和区域4。按照步骤5)的规则，将区域4中的阀片合并到区域1中去，并根据步骤6去掉区域4，根据步骤7)a)计算出区域1中的各子区域阀片电压总和，如表7所示表7
对区域1进行重新排序并计算出最大压差，即执行步骤7)b)和7)c)，得到表8。
表8
由于表8中还有3个区域要进行归并处理，因此再次执行7)d)后，又要重新进行步骤4)。由表8可知，具有最大压差的两个区域是区域1和区域3。按照步骤5)的规则，将区域3中的阀片合并到区域1中去，并根据步骤6去掉区域3，根据步骤7)a)计算出区域1中的各子区域阀片电压总和，如表9所示表9
对表9中的区域1进行重新排序并计算出最大压差，即执行步骤7)b)和7)c)，得到表10。
表10
表10中还有最后的两个区域需要进行归并处理，因此再次执行7)d)后，重新进行步骤4)。按照步骤5)的规则，将区域2中的阀片合并到区域1中去，并根据步骤6去掉区域2，根据步骤7)a)计算出区域1中的各子区域阀片电压总和，如表11所示表11
对表11中的区域1进行重新排序并计算出最大压差，即执行步骤7)b)和7)c)，得到表12。
表12
由于表12中仅剩下了唯一一个区域，“归并法”粗配优化过程结束。表12所示每个子区域代表一个阀片柱，阀片柱的平均电压为38.33703kV，而阀片柱之间的最大压差为144.74V，仅是阀片柱平均电压的0.37755％。由于氧化锌阀片强烈的非线性特性，在这样的压差下，阀片柱并联时，其配合电流下的电流不均匀度将高达约30×0.37755％＝11.33％。因此需要按照步骤9)到步骤11)(即“对调法”)在阀片柱之间进行个别阀片的对调调整，以便进一步降低阀片柱之间的最大电压差。假设要使柱间电流的最大不均匀度达到5％以内，柱间最大压差必须在5％÷30＝0.16％，对应的电压差值约为61V。
通过步骤9)和步骤10)可知需要在子区域1和子区域12之间进行个别阀片的对调调整。按照步骤11)中的a)可知子区域1中的1089号阀片和子区域12中的0178号阀片之间的电压差为63.41V，最接近144.74/2＝72.37V，而且满足其它对调条件，将这两个阀片对调位置后的情况如表13所示。
表13
表13中压差最大的两个子区域是子区域2和子区域11，其差值为120.70V＞61V，因此需要对调这两个子区域的阀片，使二者的压差减小。根据步骤11)中的a)可知子区域2中的0759号阀片和子区域11中的0067号阀片之间的电压差为61.89V，而且满足其它对调条件，将这两个阀片对调位置后的情况如表14所示。
表14
表14中压差最大的两个子区域是子区域3和子区域10，其差值为111.00V＞61V，因此还需要对调这两个子区域的阀片，使二者的压差减小。根据步骤11)中的a)可知子区域3中的0070号阀片和子区域10中的0076号阀片之间的电压差为51.11V，而且满足其它对调条件，将这两个阀片对调位置后的情况如表15所示。
表15
表15中压差最大的两个子区域是子区域4和子区域9，其差值为106.20V＞61V，因此还需要对调这两个子区域的阀片，使二者的压差减小。根据步骤11)中的a)可知子区域4中的0173号阀片和子区域9中的0295号阀片之间的电压差为50.39V，而且满足其它对调条件，将这两个阀片对调位置后的情况如表16所示。
表16
表16中压差最大的两个子区域是子区域3和子区域8，其差值为57.61V＜61V，已满足停机条件。事实上，计算机程序是将其调整到不能进一步进行单片调整时为止，对应于这种情况下的各子区域阀片编号及其电压如表17所示表17
由于实施例1中给出的阀片数量有限(只有72个)，残压分散性很大(最大与最小残压之差高达611.04V)，而且分布极不均匀(如实施例1的表2所示，仅区域6中的10个阀片最大压差就高达361.05V，而其它阀片的压差远小于这10个阀片)，串联个数也只有6片，因此这是一个十分苛刻的实例。尽管如此，采用本配片方法时，仅初步归并优化后，阀片柱间最大压差就已经达到了144.74V，而在进行过柱间(单个)阀片对调处理后，柱间最大压差进一步降低到了20.8V，而配合电流500A下的阀片柱残压平均值为38.33703kV，因此最大压差仅是阀片柱残压平均值的0.0543％。在这个压差下，电流的最大差别为30×0.0543％＝1.63％，而一般要求阀片柱电流的不均匀度在5％以内即可，所以已没有必要在子区域之间每次对调多个阀片来进一步降低阀片柱之间的最大压差。
权利要求
1.一种大容量金属氧化物限压器配片方法，其特征(方法)在于假设限压器有m个并联阀片柱，每一个柱中阀片串联个数为n个，则1)划定n组区域，设定每组区域含有m个子区域，每个子区域至少可容纳n个阀片；2)将选定的mxn个阀片按电压大小排序，分别依此顺序依次逐个将mxn个阀片放入每个子区域中；3)计算出每一组区域中阀片电压的最大压差，并将此压差作为该组阀片的压差；4)在现有阀片组区域中，选出压差最大的两个阀片组区域；5)将其中一组区域中的阀片按照下列规则归并到另一组区域中去将此区域的第m号子区域中的所有阀片归并到另一组区域第1号子区域中去，将此区域第m-1号子区域中的所有阀片归并到另一组第2号子区域中去，将此区域第m-2号子区域中的所有阀片归并到另一组区域第3号子区域中去，依此类推；6)将空出来的一组区域去掉，判定剩余的区域组数是否为1，若等于1，则转向第8)条；7)剩余的区域组数大于1，则a)计算归并后的那一组区域每一个子区域中阀片电压的总和；b)按电压总和大小，对归并后的那一组区域的每一个子区域重新排序，使第1号子区域中阀片电压总和最高，第m号子区域中阀片电压总和最低；c)计算出归并后的这一组区域中阀片电压总和的最大压差；d)重复步骤4)；8)粗配归并优化过程结束；9)计算出该组区域的每一个子区域中阀片的电压总和，即阀片柱电压，计算出该组区域中各子区域阀片电压总和的最大压差；10)若该最大压差满足预先设定的数值要求，则停机，这一组区域的每一个子区域中的阀片对应于限压器一个阀片柱所需要的阀片；否则进行11)对压差最大的两个阀片柱中的的个别阀片进行对调调整，调整后重复第9)条；然后对阀片对调调整如下a)从压差最大的两个阀片柱中各选出这样一组阀片(1≤数量≤子区域中阀片总数的1/2)，这两组阀片的压差最接近这两个阀片柱压差的1/2，且小于这两个阀片柱的压差，以及阀片柱电压高的阀片组电压应高于阀片柱电压低的阀片组电压；b)对调这两组阀片，即将从阀片柱电压高者中选出的阀片组放到阀片柱电压低者中去，将从阀片柱电压低者中选出的阀片组放到阀片柱电压高者中去。
全文摘要
本发明公开了一种金属氧化物限压器配片方法。设限压器阀片并联柱数为m，每柱串联n个阀片。初配时采用“归并法”划定n组区域，每组区域内含m个子区域，将选定的m×n个阀片按电压排序后放入相应的子区域，每次选出压差最大的两组区域按照一定规则进行归并，并去掉空出的区域，直到最后剩下唯一一组区域时为止，如果此时子区域之间的压差仍超出允许范围，则进一步进行细配。细配时采用“对调法”每次均从压差最大的两个子区域中按照一定规则各选出一组阀片进行对调，使压差降低，直到最大压差在规定值以内或者最大压差不能继续降低时为止。这一组区域中每一个子区域对应于一个阀片柱。
文档编号H01C7/12GK1467758SQ0212395
公开日2004年1月14日 申请日期2002年7月9日 优先权日2002年7月9日
发明者李国富 申请人:中国电力科学研究院