獨立式電子式電流互感器絕緣結構設計

文／平高集團有限公司 劉易雄 劉恩歌

1 引言

電流互感器是電力系統的重要設備。目前，在電力系統中輸電線路電壓等級比較低的情況下，電磁式電流互感器采用空氣絕緣的方式。隨著電壓等級的提高，電磁式電壓互感器采用了油紙絕緣和氣體絕緣的方式。在超高壓電網中，電流互感器又采用串級絕緣的辦法。隨著電壓等級的不斷提高，電磁式電流互感器在制造上面臨著絕緣結構難以滿足運行要求的難題。

而與傳統的電磁感應原理互感器相比，電子式互感器因具有優良的絕緣性能，制造成本低；可不含鐵心，消除磁飽和、鐵磁諧振等問題；抗電磁干擾性能好，低壓側無開路高壓的危險；動態范圍大，測量精度高；頻率響應范圍寬；可無油、無氣，不存在易燃、易爆的問題；體積小、重量輕等一系列優點，成為未來互感器發展的方向，并適應了電力計量與保護數字化、微機化和自動化發展的潮流[1]。

2 獨立式電子式電流互感器絕緣結構設計

獨立式電子式電流互感器的設計思路是在高壓端利用一次電流傳感器測量大電流信號，經一次轉換器處理后傳輸到低壓端，再經低壓端二次轉換器處理，其輸出信號可作為測量信號或接二次保護設備。如何將位于高壓端的一次轉換器輸出信號傳遞到低壓端是電子式電流互感器設計的重點[2]。獨立式電子式電流互感器的結構如圖1所示。

光纖具有良好的絕緣性能，利用光纖作為高壓端和低壓端的信號傳輸媒質，具有絕緣簡單、造價低、技術成熟等優點。在高壓端將電信號轉換為光信號，通過光纖傳輸信號，在低壓端再將光信號轉換成電信號，并進行信號處理。

圖1 獨立式電子式電流互感器結構圖

3 光纖絕緣子的幾種實現形式

光纖信號傳輸系統從一次高壓側穿入復合套管中至二次低壓側。光纖復合高壓套管的制作即考慮外絕緣，也要考慮內絕緣。外絕緣由硅橡膠外套實現，內絕緣通常通過充絕緣油、SF6氣體等絕緣介質來實現。如圖2所示。

該種光纖絕緣子由于含有油或氣，從而出現了滲漏的可能性，降低了產品運行的可靠性，無法發揮電子式互感器絕緣結構簡單這一優勢。且信號傳輸用光纖跳線需剝露成裸光纖預先埋入刻有螺旋槽的絕緣棒中，裸光纖容易損壞，造成成品率不高。

如圖3所示，該種光纖絕緣子為實心棒形絕緣子，首先將環氧玻璃纖維材質芯棒刻槽，槽的尺寸與光纖數量及相關加工有關。然后將光纖置入槽中，然后將處理光纖置入槽中并澆注室溫膠，選用室溫膠是為了避免損壞光纖；接著將澆裝后的芯棒進行整體傘群澆注；澆注后進行絕緣子法蘭的安裝，兩端法蘭安裝完畢后，即完成光纖絕緣子的制作。但信號傳輸用光纖跳線需剝露成裸光纖預先埋入芯棒中，裸光纖容易損壞，成品率也不高。

圖2 光纖絕緣子結構形式一

圖3 光纖絕緣子結構形式二

圖4 光纖絕緣子結構形式三

如圖4，此種光纖絕緣子的結構主要由玻璃絲纏繞管、硅橡膠外套和金屬法蘭組成:由真空浸漬環氧玻璃纖維制作的能承受負荷的絕緣管，以有機硅橡膠制作的護套直接高溫壓注成型壓接到絕緣管上，再將有機硅橡膠制作的外套(傘裙)安裝在護套上的端部法蘭。再把壓制好的內傘群通過澆裝劑一個個依次粘接在復合高壓套管內壁；傳輸信號用光纖跳線穿入螺旋狀的光纖骨架中，套管兩端用絕緣蓋板進行密封。采用此方法后，光纖跳線無需剝成裸光纖，直接帶有保護層進行制作，成品率高。采用內傘群粘接工藝及光纖跳線穿入螺旋狀的光纖骨架中，增加了爬電距離，絕緣蓋板防止外部污穢進入，保證了內部絕緣可靠；內部不需充其他絕緣介質，減輕了產品重量，節約材料，即經濟又環保。但光纖骨架材料屬于高分子材料，老化變形后彈性下降，并造成爬電距離發生改變。另外，此種方法制作過程復雜，勞動生產率不高。

如圖5，此種光纖絕緣子外絕緣結構與圖4相同，傳輸信號用光纖跳線呈螺旋狀穿入內部固定的玻璃絲筒孔中，保證爬電距離。玻璃絲筒由絕緣棒進行端部支撐，套管法蘭加裝緩沖材料進行底部支撐。套管內部充入室溫硅橡膠作為絕緣介質，經固化后成型。

圖5 光纖絕緣子結構形式四

此種方法既保證了絕緣的可靠性，也提高了成品率，且生產制作簡單，為現行的最優方案。

4 總結

本文分析了獨立電子式電流互感器的絕緣結構設計特點，探討了光纖絕緣子的幾種實現形式，以滿足光纖信號傳輸的絕緣要求。

[1]王少奎.電子式電流互感器的發展現狀和研制難點［J］.變壓器，2003，5，20-25.

[2]申燭，王士敏，羅承沐.一種電子式電流互感器的研制［J］.電力系統自動化，2002，4，1-4.