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
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。
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
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
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)。
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
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)。
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
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。
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。
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。
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
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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