750 kV GIS用环氧浇注式保护级电流互感器关键技术

2012-07-06龚立群郎福成佟贵新

东北电力技术 2012年6期

龚立群，郎福成，佟贵新

(1．沈阳世意电器制造有限公司，辽宁沈阳 110027;2．辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁沈阳 110006;3．国家大容量第一计量站，辽宁抚顺 113112)

随着电力系统向超高压、特高压、大容量方向的发展［1－6］，电力系统对其设备安全可靠运行的要求日益提高，GIS以其运行安全可靠、维护简单方便等优点［7－8］，不仅在高压、超高压领域被广泛应用，而且在特高压领域也被使用［9－14］。GIS用TA是组成GIS的重要部件之一，而环氧树脂真空浇注式［15－17］GIS用TA与普通捆扎式TA相比，以其优异的机械、防水、防潮性能倍受用户青睐。但随着电压等级的不断提高，产品的制造难度加大，产品电气性能的稳定性难以得到可靠保证，针对这一问题，以常用的750 kV GIS用环氧浇注式保护级(5P级)TA为例，试验分析了影响其伏安特性曲线的主要因素，并提出有效解决方法。

1 产品设计及伏安曲线的试验方法

为某公司配套生产的750 kV GIS用保护级(5P级)环氧浇注式TA，其型号为LRZB6－800，变比为2 000－4 000/1 A，准确级为5P20，负荷为30 VA，内径≥1 050 mm，外径≤1 195 mm。

1.1 产品的设计

该产品铁心材料选用硅钢片材料，根据产品的参数要求及式 (1)初步计算出铁心的尺寸。

式中:Ac为铁心截面，cm2;K2Z为考虑绕组内阻抗的系数，通常取K2Z=1.1～1.5;I2n为额定二次电流，A;Z2n为额定二次负荷，Ω;f为额定频率，Hz;N2n为额定二次匝数;Bn为初选的额定磁密，T。

再根据产品结构对其进行修正，最终确定产品的成品尺寸为Φ 1 050/Φ 1 195－60 mm，产品如图1所示。

图1 750 kV环氧浇注式GIS用5P级TA

1.2 试验电路与方法

TA伏安特性是指TA一次侧开路，二次侧励磁电流与所加电压的关系曲线，实际上就是铁心的磁化曲线 (即励磁特性)，试验接线如图2所示。

图2 伏安曲线接线

试验时，一次侧开路，从TA本体二次侧施加电压，预先选取几个电流点，逐点读取相应电压值。当电压稍微增加一点而电流增大很多时，说明铁心已接近饱和，应缓慢升压或停止试验。试验后，根据试验数据绘出伏安特性曲线。

2 试验结果

浇注成品例行试验时，18台产品中有11台产品伏安曲线比半成品测试值降低20%以上，有5台产品的伏安曲线降低超过50%，其中2台产品的伏安曲线如图3所示。其余7台产品在几天后的复试中发现，伏安曲线均有大幅降低。如果把伏安曲线有大幅度降低的产品投入运行，将会给GIS的安全运行带来极大的隐患。

伏安曲线测试是在相同的实验室进行的，并与同时生产的其它型号的5P级TA在相同设备及环境下测试，曲线并没有发生大幅度降低。因此，可以判断并不是由于环境和设备的因素。为了进一步分析原因，取相同高度的110 kV GIS用5P级TA进行对比分析。

a．绕组包扎工艺

图3 TA伏安曲线

两种电压等级5P级TA的铁心材料均采用冷扎硅钢片卷制，由于GIS所用TA本身不承担主绝缘，对于110 kV与750 kV GIS用TA的绝缘是相同的，因此，两种TA绕组的绝缘包扎采用相同工艺，包扎工艺如图4所示。

图4 绕组的包扎工艺

b．环氧浇注工艺

环氧浇注TA的混合料配比及浇注工艺经过多年实践及调整已取得非常好的效果，树脂混合料的工艺性好且固化后具有良好的机械性能与电气性能，浇注成品的电器性能稳定，工艺流程如图5所示。产品在设计时将环氧树脂层预留一定厚度(该厚度是通过多年实践验证)，从5台伏安曲线变化大的绕组中抽取2台产品，这2台产品树脂表面光滑、平整，无开裂，将其环氧树脂层剥掉，树脂层的厚度均匀，无气孔等异常现象。

c．产品尺寸及结构

图5 TA环氧浇注工艺

对去掉树脂的2个绕组复试伏安曲线，伏安曲线均有大幅提高，但并未恢复到原半成品时的测试值。由试验结果可以得出，伏安曲线降低的主要原因是铁心受内应力所致。而同样方式制作的110～550 kV GIS用TA伏安曲线没有这么大的变化，为方便分析，选取110 kV高度为60 mm的GIS用5P级TA与750 kV GIS用5P级TA进行对比 (如表1所示)。

表1 尺寸对比

由表1可见，110 kV GIS的直径小，铁心截面积与产品中径比相对大，铁心的机械强度高、不宜变形，而750 kV GIS自身机械强度低、易变形，在受到相同力的作用时前者所受的影响要远小于后者。因此，提高750 kV GIS用保护级 (5P级)TA铁心机械强度、减小受力是解决其浇注后伏安曲线性能稳定的关键。

3 不同包扎结构的TA环氧浇注前后伏安曲线的变化

GIS用环氧浇注式TA绕组通常采用加垫缓冲的方式消除或减小环氧树脂固化收缩时所产生的应力对铁心的影响。针对750 kV GIS用 (保护级)5P级的TA铁心直径大、截面小的特点，采取以下不同的包扎结构方式进行分析。

3.1 缓冲层在导线层内部

该方法是先包铁心绝缘，再在其外部用绝缘缓冲带包扎，包扎后再进行绕组的绕制及绝缘包扎(包扎结构如图6所示)。按照该方法制作2台产品，浇注前、后伏安曲线的测试结果如图7所示。

由图7可以看出，缓冲层在线层内部的产品，在浇注成品后曲线有大幅度的降低，伏安特性曲线降低超过20%。

3.2 缓冲层在导线层外部

缓冲层包扎在导线层外部的结构如图8所示，按照该方法制作2台产品，其伏安曲线测试结果如图9所示。

图8 缓冲层在导线层外部

图9 缓冲层在导线层外部的伏安曲线

由图9可以看出，缓冲层在导线层外部的产品，在浇注成品后伏安曲线降低超过20%。

3.3 铁心加纸垫圈、角环

将铁心用绝缘纸板做的角环与端圈包好，再包匝绝缘及绕制导线，其结构如图10所示。

取半成品伏安曲线数据相近的2台铁心，在包纸垫圈、角环后，1台按缓冲在线层内，另1台缓冲在线层外绕制绕组作对比，浇注成品后伏安曲线如图11所示。

图10 包扎纸垫圈、角环的绕组包扎结构

图11 铁心包扎纸垫圈、角环的伏安曲线

由图11可以看出，2台绕组浇注成品后伏安曲线有一定程度的降低，但改善幅度不大，未达到预期效果。

3.4 铁心加装金属护盒

将包好绝缘的铁心装入用非导磁金属材料制作的仿铁心形状 (端盖为绝缘材料制成)的盒子里，包扎过程相同，如图12所示。

图12 有金属护盒的绕组包扎结构

取数据相接近的2台铁心，分别采取图12中(a)和 (b)的方式进行绕组制作，绕组包扎完后，产品按浇注工艺进行环氧树脂真空浇注，测试结果如图13所示。

图13 铁心加纸垫圈、角环的伏安曲线

由图13可以看出，加装金属护盒的铁心，无论采取缓冲层在绕线层内还是缓冲层在绕线层外所制成的产品，其浇注成品后的伏安曲线基本没有变化。将该产品放15日后，复试其伏安曲线，伏安曲线与先前半成品所测数据基本一致。

将余下的所有铁心均采取加装非导磁性金属护盒的方法制作绕组，绕组再按浇注工艺浇注后所得的浇注式TA绕组，其成品伏安曲线与绕组半成品时测试的数据基本一致，无论放置多长时间，其伏安曲线基本无变化，解决了750 kV GIS用环氧浇注式保护级 (5P级)TA的伏安曲线降低的问题。

4 结束语

750 kV及以上GIS用环氧浇注式保护级 (5P级)TA变比大、负荷小。为满足产品的性能参数，铁心的截面选取都比较小，但对于750 kV及以上电压等级所用的TA直径都很大 (1 000 mm左右)，造成铁心自身强度降低，受外界应力影响大，使其性能发生很大的变化。对于GIS用环氧浇注式保护级TA等铁心强度低的产品，在实际工程设计中应考虑增加铁心强度，采用给铁心加装非导磁金属护盒是非常有效的方法。

［1］黄明良．拉西瓦水电站接入系统与西北750 kV电网建设方案的研究［J］．电网技术，2005，29(13)．20－25．

［2］吴东升，陈冬霞．500 kV HGIS运行操作和维护［J］．东北电力技术，2006，27(10):48－49．

［3］梁思聪，李翔，赵红军．基于750 kV吐哈线操作过电压分析［J］．东北电力技术，2011，32(4):49－52．

［4］李翔，赵全江，刘文勋．1 000 kV特高压交流大跨越线路设计［J］．高电压技术，2010，36(1):265－269．

［5］吴维宁，胡毅，苗桂良，等．1 000 kV级交流输电线路用复合绝缘子可行性探讨［J］．高电压技术，2005，31(5):31－33．

［6］戴敏，周沛洪，娄颖．1 000 kV交流紧凑型输电线路过电压与绝缘配合［J］．高电压技术，2011，37(8):1 843－1 849．

［7］盛欢．220 kV GIS变电设备的运行技术特点［J］．供用电，2006，23(2):34－36．

［8］夏文，胡旭辉．550 kV气体绝缘金属封闭组合电器及其应用［J］．高压电器，2010，46(12):89－92．

［9］卫永鹏，王胜利，李玉梅．750 kV GIS设备的运行维护［J］．中国新技术新产品，2011，19(17):161－161．

［10］贾鹏，刘峰．750 kV GIS基础设计优化［J］．青海电力，2011，30(S1):15－17．

［11］张海明，刘清培，郑国彪．高海拔地区750 kV超长GIS设备安装质量控制［J］．青海电力，2011，30(S1):18－20．

［12］韩国辉，谭盛武，韩书谟．ZF27－800型GIS的关键技术［J］．高压电器，2008，44(1):26－28，31．