有机复合绝缘干式电流互感器的结构及现场试验
详细内容
1、前言
九十年代，随着新技术新材料的发展，为了适应高压设备无油化的要求，国内开发了有机复合绝缘干式高压电流互感〔1〕。这种干式电流互感器基本上免维护的，在全国各地已取得丰富的运行经验。今年，梧州局开始应用几台110KV互感器。验收试验中取得一些经验，供有关方面参考。
2、结构简介
该电源互感器的结构如图1所示，主要由一次绕组、联接器、二次绕组和外壳等部分组成。
一次绕组由载流体、接线端子、骨架、绝缘层、电容屏、外护套、伞裙及地屏引出线构成。载流体是用铜线或钢棒制成，可以是单匝或多匝结构，其导电截面应满足额定电流和短路电流的要求。接线端子与载流体连接，并用来连接外导线，可选用与额定电流相适应的定型产品。骨架是由不导磁的刚性管状材料制成，弯成“U”形。绝缘层由聚四气氟乙稀薄膜缠绕而成，电容屏用金属箔铺设在绝缘层上作为极楹，两者多次交替包绕形成同轴圆形形电容结构，使沿径向和轴向的电场分布均匀，提高了一次绕组的击穿电压和沿面放电电压。外护套及伞裙构成一次绕组的外绝缘，伞裙的直径及个数由使用地点的环境污秽程度决定。地屏引出线是与最末一层电容屏相连的金属线或金属片，把它与地电位连接，使最末层电容屏处于地电位，并被称为地屏。
联接器是连接电压引线的2个端子之间的构件，用于增强电流互感器的机械强度，它还具有一定的绝缘强度，以阻止电流分流。对于多匝的电流互感器，在联接器的空心内装设接线板，通过改变线圈的串并联关系，改变互感器的变化。
二次绕组绕在环形铁心上，套装在一次绕组的地屏范围内，处于地电位。二次绕组的个数由用户提出。每个二次线圈都做了防潮处理，以防潮气侵入。
外壳由支架和箱体组合而成，用来包裹低压绕组，防止雨、雪、风、沙侵入其中，并起到固定支撑一次绕组和二次绕组的作用。
主要结构特点：
在结构和性能方面，该电压电流互感器具有以下显著特点：
（1）无油、无瓷、无气、一次绕组绝缘全部采用有机绝缘材料构成。
（2）体积小、质量轻（110KV样机质量为170KG），结构新颖、外形美观；
（3）外护套紧裹在具有电容屏的绝缘层外，使得外护套表面电位被钳制，因而沿面电压分布均匀，提高了沿面污闪放电电压。
（4）二次绕组及底台、支架结构牢固，能承受80KA短电路电流及2000N的弯矩试验；
（5）一次绕组、二次绕组及二次引线均为防水结构，因此对箱体密封要求不高；
（6）外护套伞裙用硅橡胶材料制成，可提高外表面的憎水性、抗老化能力和抗紫外线能力。
该电流互感器与国内外的充油型瓷套管式及充SF6气体式电流互感器结构性能简单对比见表1。
表一LRGBJ与国内外同类产品结构性能对比
类型
LRGBJ型
充油型
充气型
结构
干式
充油
充SF6气体
维护
基本不需维护
需做绝缘试验及油化验
需做绝缘试验及监测气体
质量
防污闪
价格
轻
性能好
适中
重
一般
便宜
较重
性能较好
较贵
3、主要技术特征
（1）目前在国内外电网上使用的充油或充气电流互感器的一次绕组与二次绕组装在同一个充满绝缘油SF6或气体的容器中，而LRGBJ干式电流互感器则不同，它实质上是将“U”形干式高压套管与低压贯穿式电流互感器通过箱体和机械构件联结在一起的组合电器。该电流互感器中的一次绕组（干式高压套管）结构新颖、技术先进，并有非常好的安全运行记录。
（2）一次绕组的特点是：用若干个均压屏与有机绝缘薄膜的组合绝缘构成绝缘体，用热缩材料及硅橡胶材料紧固附着在绝缘体体外构成外护套及伞裙。其均压屏使绝缘体的沿面及径向电压公布均匀，其外护套紧贴绝缘体，使外护套表面的电位因受均压屏电位的钳制而分布均匀，从而提高了沿面放电电压，污闪电压也得到了大大提高。例如，66KV的电压穿墙套管在0.3mg/mm2的盐密下其污秽耐受电压可达69KV，而普通瓷套管在0.1mg/mm2的盐密下其污秽耐受电压仅为40KV。
（3）有机绝缘薄膜的组合绝缘具有极好的局部放电特性，这一点是我们在开发这种新型高压之初末料及的。一般说来，油纸绝缘的高压电器其局部放电的发生随着施加电压的增高和时间的延长而变得愈益严重。但此有机绝缘薄膜组合绝缘的局部放电特性却与油纸绝缘的正好相反，在一定范围内它随着施加电压的升高和时间的加长越来越好，局部放电量降低、局部放电起始电压提高。大量的运行和试验数据证实了这一结论。我们曾对最早投入电网运行的大连老虎滩变电站的3号STB套管进行了试验、解剖，试验结果与4年前出厂时相同，内部绝缘及所有材料、元件都完好如初，也进一步证实了这一结论。1996－1997年，我们与哈尔滨理工大学电力系绝缘专业的胡似徽教授合作进行了研究，从理论上证明了这一结论。这一极好的局部放电特性将使有机绝缘薄膜组合绝缘有可能在高压电器的更大领域内应用，为其开辟了更为广阔的市场前景。
（4）有机绝缘薄膜的组合绝缘的介质损耗也比油瓷绝缘、油纸绝缘或胶纸绝缘为好。我们开发的有机绝缘薄膜的组合绝缘的高压电器，其介质损耗因数（tgδ）小于0.002，这一次优良的特性将有利于延长套管的寿命。我们曾经对一只66KV的水平进行了加速老化试验，即在2U0下，通入额定电流IN，1000h后，又用此套管按110KV的水平进行了加速老化试验，连续2个老化试验后的套管不仅没有发现任何损坏，甚至连局部放电量及介质损耗因数都没有变化，并又通过了工频耐压试验。
（5）该电流互感器的企业标准达到有关的国家标准和国际标准，其中的某些指标，如局部放电水平、介质损耗因数水平、热稳定试验水平均优于有关国家标准和国际标准，见表2。国家标准及IEC标准中对热稳定试验的试验时间定为1s，我们试验的时间为4s。在热稳定和动稳定试验之后，不仅电流互感器的结构没有受到破坏，甚至连局部放电和介质损耗因数特性都没有发生任何变化。
表2 与国内、外的技术标准比较
项目
本企业标准
GB1208 －1997
IEC440－1 －1996
GB311 －1997
tgδ
局部放电量/pc
超短时电流试验
时间/s
≤0.004
≤15
4
≤0.005
≤20
1
≤0.005
≤20
1
-
-
-
4、现场验收试验
按照试品结构特点和我省的有关规程，验收试验主要项目为:
工频耐压；
局部放电测试；
高压线圈电容和介损测量；
误差试验（专章讨论）；
现就上述各项试验分别讨论
①工频耐压试验
工频耐压是考核高压电流互感器绝缘的重要项目，试验设备可用工频试验变压器或谐振耐压试验装置。耐压值的确定，对于常规的油－瓷绝缘的高压电流互感器需特别慎重，但对于有机复合绝缘的电流互感器，有很大的绝缘裕度〔2〕。因此，厂家允许在验收时耐较高的数值，例如，取80%～100%的出厂耐压值。此外，如果用户的试验设备参数不够，也可参考电缆的耐压方法，延长耐压时间。
②局部放电测试
局部放电试验，对于这种有机复合绝缘电流互感器是至关重要的项目。110KV电流互感器出厂时在最高工作电压（87KV）下，要求不大于5PC，现场试验按国际GB1208的要求，局放量不大于20PC。
测试时，由电流互感器高压端加电压，二次线圈、末屏及金属外壳短接在一起。测试背景干扰必须小于测量值的二分之一，判断时，可用“开窗“等方式排除干扰信号。
③电容和介损的测量
试品的绝缘结构，可简化成图工等值电路
A-CT的高压端
D-末屏引击端
B-末屏接地保护器
C1-高压线圈等值电器
C2-末屏对地等值电容
测量高压线圈电容C1和介损值tgδ1，一般使用高压西林电桥。试验结线可用“正接法“或”反接法“。根据现场经验，由于集散电容的影响，用反接法测得的电容值为正接法测量数值的1.01－1.02倍。因此，在测试记录上要注明测试时的结线方式。用相同结线方式测得的试验数据，不得大于出厂值的5%。在现场首次测量的数据很重要，将来历次测量值都要同它作比较。测量C1的同时，得到介损tgδ1的数据。由于试品的主要绝缘材料是聚四氟乙稀和硅橡胶，这些材料的介损很小，因此测量值在很大程度取决于试品表面状态和环境条件，例如大气湿度等因素。试品出厂时，在良好天气，良好环境下，tgδ1一般在10－4数量级，而且现场测量值一般在10－3数量级范围内。这样，不应当再用”相对比较”的原则来看待试验结果，一般地，在良好环境下测得的tgδ1不大于0.005则认为是合格的。
末屏介损tgδ2的测量，现场也很重要。首先分析一下影响末屏tgδ2的几个要素。C2是末屏对地的等值电容，D点接在地屏上，引到金属外壳上的绝缘板上再通过引线接地。D与外壳之间联结一个用于防止末屏开路的保护器B。因此，影响tgδ2的因素包括；末屏外面的绝缘护层、二次线圈的绝缘材料、二次端子接线板以及接地保护器的绝缘状况。现场经验证实，没有装设接地保护器时，由于末屏对地等值电容很小，在潮湿天气条件下，tgδ2容易超过0.02。将原先的二次接线板由环氧板改成防潮板材，改善了绝缘。同时，末屏接地保护器由原来的环氧材料改为特种塑料做护套，tgδ2完全满足要求。
末屏接地保护器的参数选取，必须满足以下条件：
（A）规程规定末屏对地耐压3KV，因此保护器的绝缘水平必须超过3KV。
（B）考虑到一旦D点脱离接地，出现较高电压UD，因此，保护器的等值阻抗选取的原则是上述情况下UD不大于3KV。
（C）由图2看到，保护器的等值防阻抗与C2并联在一起，用西林电桥测量一次线圈的介损tgδ时，这一并联后的阻抗值将影响介损tgδ的读数，增大了测量误差，引起误判断。因此，保护器B的等值阻抗应通过理论分析和实际来选取。
5、我局三台110KV干式电流互感器试验数据
我局今年由北京天威瑞恒公司制造的三台LR4BJ－110电流互感器，于八月份投入儒岩变电所运行，有关试验数据如下：
A相
B相
C相
一次介损tgδ1（%）
0.0319
0.0425
0.0590
末屏介损tgδ2（%）
0.796
0.821
0.903
6、结语
有机复合绝缘干式电流互感器已在梧州电业局开始应用，在验收试验过程中积累了一些经验，今后将进一步总结经验，提高试验技术。
参考文献：
〔1〕王如璋、黄维枢：一种新型干式高压电流互感器
《电力设备》2001年第二期
〔2〕姚森敬、梁文进、王如璋：新一代有机复合绝缘干式电流互感器运行后的试验与解剖
《2005年中国需网改造学术研究会论文集》