110～1 100 kV GIS常用電流互感器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

龔立群，佟貴新，郎福成

(1．沈陽世意電器制造有限公司，遼寧 沈陽 110027;2．國家大容量第一計(jì)量站，遼寧 撫順 113112;3．遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

GIS與常規(guī)敞開式變電站相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、可靠性高、配置靈活、安裝方便、安全性強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)［1］。GIS不僅在高壓、超高壓領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，而且在特高壓領(lǐng)域也被使用［2－3］。

目前，GIS普遍采用傳統(tǒng)電磁式套管型 (即一次為單匝結(jié)構(gòu))電流互感器。由于各廠家GIS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及TA應(yīng)用場合不同，GIS所用電流互感器(TA)結(jié)構(gòu)也有所差異。通過多年發(fā)展，GIS向小型化、模塊化、智能化發(fā)展［4－11］，微電子技術(shù)、光纖傳感技術(shù)及光纖通信技術(shù)的發(fā)展推動了電子式互感器發(fā)展［12－18］，GIS用TA的原理及結(jié)構(gòu)也發(fā)生了質(zhì)的變化。按傳統(tǒng)TA外絕緣形式的不同可分為綁扎式、環(huán)氧澆注式，環(huán)氧澆注式又可分為單線圈環(huán)氧澆注式、多線圈組合半澆注式、多線圈組合全澆注式等結(jié)構(gòu)形式 (如圖1所示)。GIS用電子式電流互感器結(jié)構(gòu)形式主要為多線圈組合式及電子式電流、電壓組合式2種。

圖1 GIS用TA結(jié)構(gòu)形式

1 綁扎式TA

綁扎式TA即TA的外絕緣采用絕緣帶綁扎，根據(jù)所選的外絕緣材料可分為聚脂薄膜式與環(huán)氧粘帶式。

1.1 聚脂薄膜式

采用聚脂薄膜帶綁扎的TA主要用于110～550 kV GIS的TA艙內(nèi)，其環(huán)境介質(zhì)為SF6氣體，不同廠家采用不同風(fēng)格的聚脂薄膜，薄膜的外觀主要分為聚脂薄膜 (透明)(如圖2(a)所示)、聚脂薄膜 (白色)(如圖2(b)所示)和點(diǎn)膠聚脂薄膜(如圖2(c)所示)。聚脂薄膜式產(chǎn)品外觀輕巧、整潔。

圖2 110～550 kV GIS用聚脂薄膜綁扎式電流互感器

1.2 環(huán)氧粘帶

TA外絕緣采用環(huán)氧稀緯綁扎帶 (此粘帶是經(jīng)過特殊處理的無堿玻璃纖維織成稀緯帶后，浸漬環(huán)氧樹脂混合膠，經(jīng)烘焙至半干的狀態(tài)而成)，環(huán)氧稀緯綁扎帶綁扎后經(jīng)高溫處理，表面致密、堅(jiān)硬，使整個線圈固化形成一個整體，機(jī)械強(qiáng)度較薄膜好，不易受潮 (如圖3所示)。由于環(huán)氧粘帶含有玻璃纖維，因此，此類產(chǎn)品不能用在SF6氣體中，主要用于550～1 100 kV GIS敞開式斷路器中，工作介質(zhì)為空氣。

圖3 550～1 100 kV GIS用環(huán)氧粘帶綁扎式電流互感器

2 環(huán)氧澆注式TA

環(huán)氧澆注式TA外絕緣采用環(huán)氧樹脂混合膠澆注而成，具有表面光滑平整、防潮、機(jī)械強(qiáng)度高的特點(diǎn)。環(huán)氧澆注式與綁扎式TA特點(diǎn)如表1所示。

表1 環(huán)氧澆注式與綁扎式TA特點(diǎn)

由表1可以看出，環(huán)氧澆注式較綁扎式外觀性能優(yōu)點(diǎn)突出，但生產(chǎn)周期長，成本高，且受模具限制 (一種尺寸對應(yīng)一種模具)。

2.1 單線圈澆注式

單線圈澆注式是單只互感器線圈進(jìn)行澆注，如圖4所示。

圖4 GIS用環(huán)氧澆注式TA

2.2 組合半澆注式

TA常規(guī)安裝方式是將TA套進(jìn)筒后，線圈的內(nèi)側(cè)用撐條或膠皮將其與筒固定 (如圖5所示)。

圖5 傳統(tǒng)TA安裝方式

近年來，隨著技術(shù)進(jìn)步與設(shè)計(jì)理念的轉(zhuǎn)變，GIS用TA的設(shè)計(jì)逐漸向模塊化發(fā)展。

多線圈組合半澆注式TA是將一相或三相TA用環(huán)氧澆注方法將其膠裝在屏蔽筒上，使之成為一個整體，便于整體模塊化裝配，由于TA并沒有被樹脂完全封閉，因此稱之為半澆注。對于110 kV TA通常采用三相共箱半澆注模式 (如圖6所示)。220 kV及以上GIS則采用單相半澆注模式 (如圖7所示)。

2.3 多線圈組合全澆注式

多線圈組合全澆注式TA是將一組TA線圈放到一個屏蔽盒中，TA端子由端子面板引出，然后用環(huán)氧樹脂將其灌封，罐封后成一個整體模塊，便于安裝 (如圖8所示)。該產(chǎn)品主要應(yīng)用于敞開式110～220 kV GIS中。

圖6 110 kV三相共箱多線圈組合式半澆注TA

3 電子式互感器

隨著電子工業(yè)的發(fā)展與智能電網(wǎng)概念的提出，電子式互感器技術(shù)日趨成熟，為GIS用TA帶來巨大的變革。根據(jù)原理可分為低功率線圈、空心線圈(Rogowski線圈)、全光纖式TA。

3.1 低功率線圈TA

低功率線圈實(shí)際上是一種具有低功率輸出特性的電磁式電流互感器，在IEC標(biāo)準(zhǔn)中，被列為電子式電流互感器的一種實(shí)現(xiàn)形式，代表電磁式電流互感器的一個發(fā)展方向，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3.2 Rogowski線圈

與帶鐵心的傳統(tǒng)互感器相比，Rogowski線圈傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn):測量范圍廣、精度高;穩(wěn)定可靠，同時具有測量和繼電保護(hù)功能;響應(yīng)頻帶寬;體積小、重量輕、安全且符合環(huán)保要求;易于實(shí)現(xiàn)微機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化。

3.3 全光纖式TA

全光纖式TA是基于法拉第磁光效應(yīng)而發(fā)展的新型電子式互感器，因?yàn)椴捎霉饫w作為傳感介質(zhì)，因此在絕緣性、抗電磁干擾性、可靠性等方面比傳統(tǒng)的電磁式電流互感器有很大的優(yōu)勢，且不含有交流線圈，不存在開路危險。

GIS用電子式電流互感器的結(jié)構(gòu)是將傳感器裝在屏蔽盒中，主要結(jié)構(gòu)形式有組合式電子式電流互感器 (如圖9(a))和電子式電流、電壓組合式互感器 (如圖9(b))。電子式電流互感器的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)電磁式互感器相比具有體積更小、重量更輕、結(jié)構(gòu)更簡單的特點(diǎn)。

圖9 電子式電流互感器

4 結(jié)束語

傳統(tǒng)電磁式電流互感器的測量動態(tài)范圍小，在故障電流作用下易出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象，并隨電壓等級的提高，其制作成本、體積和重量均大幅增加，傳統(tǒng)電磁式互感器不利于GIS整體尺寸的縮小及制造工藝的簡化，隨著電力系統(tǒng)自動化水平的不斷提高，智能型GIS已開始投入實(shí)際運(yùn)行，并逐步替代傳統(tǒng)一、二次分離的GIS。智能型GIS中，對高電壓、電流信號的采集采用的是電子式電壓、電流互感器，隨著電子式互感器技術(shù)的發(fā)展和不斷完善，必將給GIS帶來嶄新的未來。

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