252kV GIS配套用电压互感器设计浅析

2010-04-02平高集团有限公司李阳王红庆平海涛

电气技术与经济 2010年5期

关键词：盆式铁心互感器

■ 平高集团有限公司李阳王红庆平海涛

1 概述

随着GIS（气体绝缘金属封闭开关设备）需求量的不断加，与其配套的气体绝缘电压互感器的用量不断增长，结合252kV GIS配套用电压互感器产品研制过程中遇到的问题及解决方法，就该产品设计过程中应注意的几个问题浅谈个人的看法。

2 产品结构及特点

252kV GIS配套用电压互感器的总体结构采用罐式，具体结构见图1。产品主要由器身、罐体、盆式绝缘子组成。

如图2所示器身包括低压绕组（二次绕组）、高压绕组（一次绕组）、铁心、铁心屏蔽和绕组屏蔽等；壳体上装有爆破片、二次出线端子盒和充气阀门等；盆式绝缘子能够使互感器与GIS气室相隔离，使产品具有独立的气室；该产品高压绕组的高压引线通过导电管直接引到盆式绝缘子的中心导体上，而盆式绝缘子另一端通过电连接、导电杆实现与GIS的对接；该产品本身不具有外绝缘结构，在进行高压试验时需要安装到专门设计的试验工装上。

3 器身设计

器身设计主要包括主绝缘、铁心、绕组误差、绕组层间及绕组之间绝（缘纵绝缘）的设计计算。

252kV GIS配套用电压互感器主绝缘为SF6气体，纵绝缘（即绕组绝缘）为聚酯薄膜。由于SF6气体的冲击系数较小，因此主绝缘结构设计时主要以保证雷电冲击电压下的耐电强度为原则。

该产品SF6气体最低工作压力(20℃)：0.35MPa（相对气压），额定工作压力(20℃)：0.45MPa（相对气压）；环境温度：-25℃～+40℃；雷电冲击电压值：1050kV（峰值）；。一次绕组的工频耐压：460kV，40s（有效值），150HZ。该产品器身在罐体内的布置（俯视）如图3所示。

由于该产品主绝缘介质（SF6气体）单一，建立合适的模型，运用有限元计算软件对主绝缘电场进行计算，确定绝缘距离、铁心屏蔽和绕组屏蔽的设计是否合理，雷电冲击电压1050 kV下，电场计算结果如图4所示。

SF6气体间隙的工程击穿场强(雷电冲击电压(-1.2/50μ s))为：

Ebt=75(10p)0.75 kV/cm

p为气压（绝对气压），单位：MPa。

在该产品SF6气体最低工作压力(20℃)：0.35MPa（相对气压）下，电场场强允许值为：

Ebt=231.7238 kV/cm=23.1238 kV/mm

电场设计计算（图4）其电场最大值为21.649 kV/mm，设计裕度为：1.4748 kV/mm，满足设计要求。需要注意的是壳体、铁心屏蔽、绕组屏蔽及三者之间的绝缘距离设计必须经过电场的计算，且在装配时严格控制装配尺寸，才能保证产品性能的可靠。

如图5所示252kV GIS配套用电压互感器的铁心为单相双柱式（单心柱），一般做成口字形，两铁轭及两心柱间的距离由主绝缘电场计算决定。铁轭两侧的夹件通过穿心螺杆将铁心片夹紧使其平整不松动，同时，通过夹件可以将器身固定到壳体上。铁心的截面设计是根据电压比、准确级、负荷等参数并结合绕组的结构形式、运行方式（是否有效接地）按照常规电磁式电压互感器计算方法确定。

252kV GIS配套用电压互感器的低压绕组（二次绕组）的设计可参照普通油浸电压互感器的设计方法进行，高压绕组（一次绕组）的结构形式有两种，一种是矩形结构（图6），一种是梯形结构也叫宝塔形结构（图7）。考虑到矩形结构绕组绕制工艺简单，选用矩形结构绕组。

绕组的层绝缘应以保证工频试验电压下的耐电强度为原则，沿绕组表面的爬电问题要考虑工频和冲击两种电压，同时还要保证零表压下的工频耐电强度。绕组误差的设计计算，互感器原理与设计相关的文献（教材）已有详细的介绍，这里不再详述。

4 试验工装设计

252kV GIS配套用电压互感器正常运行时是安装在GIS上，无外绝缘结构，在进行误差、工频耐压等厂内试验及雷电冲击型式试验时，需设计试验工装（图8、图9）。

252kV GIS配套用电压互感器试验工装的结构采用绝缘套管、导电杆、电连接、支柱屏蔽罩、过渡法兰组合装配。其中电连接一端与盆式绝缘子连接，另一端与导电杆相连；支柱屏蔽罩用于屏蔽绝缘套管的下法兰：过渡法兰作为互感器与绝缘套管的中间连接体。在1050kV雷电冲击电压下运用有限元计算软件对其主绝缘电场进行计算，验证其电场分布，具体计算结果如图10所示。