（电力系统及其自动化专业论文）220kv干式电流互感器研制与应用(1).pdf

中国电力科学研究院硕士学位论文 受到用户的肯定和欢迎。 本文介绍了2 2 0 k v 干式高压电流互感器的设计原理、结构、工艺、试验、安装、运 行，经济效益及其应用前景。 关键词：油浸式充气式六，l 化硫( s f d聚四氯乙烯千式高压电流互感器 ! 里皇垄型兰堕壅堕堡主兰垡丝苎 a b s t r a c t 2 2 0 k yc u r r e n tt r a n s f o r m e r ( c r ) i sah i 曲v o l t a g ei n s t r u m e n to fe l e c t r i c i t y s y s t e m i t sd e p e n d a b i l i t yi st h en e c e s s a r yc o n d i t i o nw h i c he n s u r e st h es y s t e m w i l lr i l l s a f e l y 0 il - i m m e r s e dc u r r e n tt r a n s f o r m e ri si nt h el e a di n2 2 0 l 【vc th o m em a r k e tn o w a n dt h e r ea r em a n yi n t e r n a lm a n u f a c t u r e r sw h oc a np r o d u c ti t m a i np r o b l e m so f o i1 - i m m e r s e dc u r r e n tt r a n s f o r m e ra r e ： 1 t h ei u s u l a t i n g0 i 1i se a s yt o1 e a ka n dp o l l u t e st h ee n v i r o n m e n t 2 n l ec ri se a s yt oe x p l o d ea n dt a k eat o llo fl i v e sa n dp r o p e r t y ； 3 n l ei n s u la ti n go i1m u s tb e t e s t e da n ds o m ep r e v e n ti v ee x p e ri m e n t a ti o n m u s tb ed o n ea tr e g u l a ri n t e r v a l s s ot h e r ei sm u c hm a i n t e n a n c ew o r k i nv i e wo ft h e s ep r o b l e r o so fo il i m m e r s e dc u r r e n tt r a n s f o r m e r an 哪t y p e h i 曲v o l t a g ec u r r e n tt r a n s f o r m e rw h i c hi s f ill e db yt h es f 6g a si sp r o d u c e da t h o m ea n da b r o a di nr e c e n ty e a r s t h es f 6g a si st h em a i ni n s u l a t o r b e c a u s eo f t h eg o o de l e c t r i c a lp r o p e r t yo fs f 6 ，t h eg a s f ill e dc u r r e n tt r a n s f o r m e rh a sb e e n r e c o g n i z e ds o o n h o w e v e r ，t h i st y p ec ta l s oh a ss o m ep r o b l e m s ： 1 i1 1 l ep r e s s u r eo ft h es f 6i nt h eg a s f i l l e dc ti so ，4 胛a t h es e a l p e r f o r m a n c ei sd i f f i c u l tt ob ea s s u r e da tt h eh i g hp r e s s u r ei nal o n g p e r i o d 2 g a sm u s tb et e s ta n do b s e r v e df o rt h i st y p ec ts ot h a tw ec a np r e v e n t t h el e a ko ft h eg a s i nf a c t ，c h e c k i n gt h el e a kp o i n t ，e s p e c i a ll yt h e t i n yl e a kp o i n ti sv e r yd i f f i c u l t 3 t h es f 8g a si sa c h r o m a t o u s ，o d o r l e s s ，i n n o c u o u s ，n o n i n f l a m m a b l ea n d i n e x p l o s i v e i th a ss t a b l ec h e m i s t r yc h a r a c t e r i s t i c b u ts o m ee x p e r t s c o n s i d e rt h a tt h eg a sw i l lp r o d u c eal i t t l ev i r u l e n tg a sa ta r ce f f e c t s ow em u s tt h i n km u c ho ft h es a f e t y t or e s o l v et h ep r o b l e m sa b o v e ，o u rs u b j e c tg r o u pr e s e a r c ha n dd e v e l o pt h e n e w2 2 0 k vd r y - t y p eh i g hv o l t a g ec u r r e n tt r a n s f o r m e r i th a ss u c hs p e c i a l t y ： 中国电力科学研究院硕士学位论文 1 n o - o i l ，n o - g a s 。n o - p o r c e l a i n ，g o o dd e p e n d a b i l i t y ； 2 g o o ds t a b i l i t yo fi n s u l a t i o np r o p e r t y ； 3 n o n i n f l a m l n a b l ea n di n e x p l o s i v e ； 4 ，l i g h tw e i g h t ，h e a v ym e c h a n i c a ls t r e n g t h ，b ee a s yt of i x ； 5 g o o dp r e c i s i o n 。s t a b l ep r e c i s i o ni so 2 s t h ep r o d u c th a sp a s s e dt h er o u ti n et e s t ，m o d et e s t ，m e c h a n i c a ls t r e n g t ht e s t i n s u l a t i o l lt h e r m a ls t a b i l i t yt e s ta n dt h u n d e rs h e e tc u t t i n gt e s to fn a t i o n a l s u p e r v i s i o na n dt e s t i r i gc e n t e rf o rt r a n s f o r m e ri nd e c e m b e r 2 0 0 2 t h er e s u l t w a sc o n f o r m e dt ot h es t a n d a r dg 8 1 2 0 8 - 1 9 9 7 t h ep r o d u c tw a si d e n tif i e db yl i a o n i n g p r o v i n c es c i e n c ea n dt e c h n o l o g y d e p a r t m e n t i nj u n e 2 0 0 4 t h ec o n c l u s i o ni n d i c a t e st h a tt h ep r o d u c th a s o r i g i n a li t yi nt h es a m ek i n d so fp r o d u c t sa th o m ea n da b r o a d 。i tf i1i st h e i n t e r n a lv a c a n c yi nt h i sa r e aa n da t t a i n si n t e r n a ti o n a la d v a n c e dl e v e l n o w 。 t h e r ea r ea b o u t2 0 0d r y - t y p ec t sw h i c hh a v eb e e ni no p e r a t i o ni nt h ee l e c t r i c i t y s y s t e mi nm a n yp r o v i n c e s 。s u c ha sl i a o n i n g ，j i l i n ，i t e i l o n g j i a n g ，n e i m e n g g n j i a n g s u ，g u a n g d o n g ，y u n n a n ，a n ds oo n o u rp r o d u c t sa r er e c o g n i z e db ya l1o f t h ec o n s u m e r s t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ed e s i g np r i n c i p l e ，t h es t r u c t u r e ，t h et e c h n i c s 。t h e t e s t ，t h ef i x i n g ，t h eo p e r a ti n g ，t h ee c o n o m i cb e n e f i ta n dt h ep r o s p e c tf o r a p p li c a ti o no ft h e2 2 0 k vd r y - t y p eh i g hv o l t a g ec u r r e n tt r a n s f o r m e r 断w o r d s ：o i l - i m e r s e d ，g a s f i l l e d ，s u l p h u rh e x a f l u o r i d e ( s f 6 ) ， p o l y t e t r a f l u o r o e t l a y l e a e 。d r y - t y p eh i 吐v o l t a g ec u r r e n tt r a n s f o r m e r 中国电力科学研究院硕士学位论文 第一章绪论 i i2 2 0 k v 干式电流互感器发展现状 i i i 前言 2 2 0 k v 的高压电流互感器是高压设备之一，其安全可靠的运行是保证系统安全可靠 的必要条件。对2 2 0 k v 的变电站是非常重要的。 目前系统中常见的2 2 0 k v 电流互感器存在一定的问题，按照国家电力公司提供的统 计数据，在2 0 0 0 年，2 2 0 k v 电流互感器强迫停运率为0 1 3 9 ，非计划停运次数3 4 4 次， 计划停运次数1 4 2 4 4 次。在国家电力公司2 0 0 0 年提出的防止电力生产重大事故的二 十五项重点要求中第1 5 条也提出了“防止大型变压器损坏和互感器爆炸事故”的要 求。现在运行的2 2 0 k v 高压电流互感器还存在一定的问题需要解决。 1 i 2 现状 从目前国内电流互感器行业看，绝大多数厂家生产油浸式c t ，另外有部分厂家生产 充气式c t ，仅有几个厂家生产干式有机复合绝缘c t 。 充油式电流互感器 目前国内市场占据主导地位的2 2 0 k v 电流互感器主要是油浸式c t ，其主绝缘一般采 用电容式结构，主绝缘直接绕制在一次绕组之上，二次线圈浸在油中。这种结构的c t 目前国内生产厂家很多。其主要存在的问题是： 内充绝缘油容易发生泄漏，造成环境污染： 这种结构的c t 。当其内部绝缘出现问题时，容易发生爆炸，造成人员伤亡及财产 损失： 每隔一定时问就需要对内充绝缘油进行油化验及其它预防性试验，维护工作量很 大： 不管是泄漏，还是取油样等操作造成的油位下降，需要补充新的绝缘油，这是具 有一定的材料及工艺要求的，对现场的运行维护人员有一定要求。 充气式的电流互感器 鉴于油浸式c t 存在的问题，近年来，国外及国内先后出现了一种新型的高压电流 互感器，即充s f 气体的高压电流互感器其主绝缘由s f 气体承担，由于s f 气体优异 的电性能，使其很快得到了大家的认可。这种结构的电流互感器解决了一定的问题，但 1 中国电力科学研究院硕士学位论文 同时它也存在一些问题： 充气式c t ，一般其内充0 4 , t p a 的s r 气体，在这么高的气压下，整个设备的密封 较难长时间得至u 保证。尤其是在国内的北部地区，夏天的最高温度可高达4 0 左右， 冬天的最低温度可以达到一2 0 至- - 3 0 ，东北及西北的部分地方甚至会低于- - 4 0 ，在如此大的温度范围内，充气式c t 的密封系统也是较难得到保证的。 这种结构的c t ，同时需要对气体进行检验，对气压进行监视，以防止气体渗漏。 对于泄漏点的检测，尤其是小漏点的检测也是具有一定难度的。 s f 。气体本身是无色、无嗅、无毒、不燃、不爆，且化学稳定性高的气体，但是相 关专家认为s f 6 在电弧作用下可能会产生少量剧毒气体。其安全同样值得重视。 另外s f 气体的环境污染问题也值得重视。在1 9 9 8 年7 月1 日颁布、并于同日实 施的国家危险废物名录中将六氟化硫气体收录于其h w 3 2 组中。电力设备中渗 漏的s f d 气体很难进行回收。 1 9 9 7 年1 2 月联合国气候变化框架公约第3 次缔约方大会在日本京都制定了京 都议定书，京都议定书指定需要减排的温室气体包括c o , 、甲烷、氧化亚氮、氢氟 碳化物、全氟化碳和s r 等六种。这些气体能够阻留大气中的热量向外空间散发而形成 温室效应，导致全球表面气温上升、冰川萎缩、极地冰盖融化等全球转蹉的恶性气候变 化。 我国在2 0 0 0 年海牙气候会议上由代表团团长、国家发展计划委员会副主任刘江在 发言中把对付气候变化的挑战描述为新世纪中人类面临的一个重大课题，还强调说： “在目前正在制定的中国国民经济和社会发展第十个五年计划和中国西部大开发规划 中，中国政府均把生态建设、环境保护和可持续发展问题放在十分重要的地位上。”。 基于此，电力行业也应积极配合国家的要求，以进步减少s f 6 气体的排放量。 干式复合绝缘电流互感器 近几年来，四维公司在原来的s t b 型干式穿墙套管基础上，先后开发并运行了g d z 型电缆终端头，l g b ( l g 忉型电流互感器。l g b ( l g w ) 型c t 不充油、无气、无瓷、防火防 爆、维护工作量小、防污等级高等优点在电力系统中留下了比较深刻的印象。 l g b ( 脚) 型的主绝缘采用传统的电容式结构，并以聚四氟乙烯为主的复合材料 作为主绝缘材料，主绝缘缠绕在一次绕组上，主绝缘外用热缩材料作为外护套，套装硅 橡胶伞裙，二次线圈放置于c t 底部、热缩外护套之外。其外形图见图1 1 ； 2 中国电力科学研究院硕士学位论文 摧 囊薤 j = 茸 霾舞 垂莲 霉薹 基 蠢 建扫苣 j 。匝互乙【 一i 图1 i l g b ( l g w ) 型c t 外形图 其主要特点为： 不充油且无气，密封简便，因此其维护工作量也小； 在一次绕组外的主绝缘、外护套、硅橡胶伞裙等均为高分子有机材料。在设备出 现异常情况时，可以确保不会出现其它类型设备可能发生的起火、爆炸等事故。 由上述情况可以看出，对于2 2 0 k v 的电流互感器，目前传统油浸式c t 及充气式 c t 都有其局限性，本课题组所开发的新类型的2 2 0 k v 电流互感器基本解决了这些问题。 虽然也有一些其它类型的c t 正在研究中，而l g b ( l g w ) 型3 5 - 1 1 0 k v 的c t 已经多年实 践证明其可靠性，因此以此为基础开发的2 2 0 k v 的高压电流互感器是具有较高的技术 性能指标。 1 1 32 2 0 k v 电流互感器的性能指标 研发的依据 g b1 2 0 8 1 9 9 7 电流互感器 g b3 1 1 1 - - 1 9 9 6 高压输变电设备的绝缘配合 主要性能要求 额定电压：2 2 0 k v ，设备最高电压：2 5 2 k v 额定一次电流标准值：1 0 0 、1 5 0 、2 0 0 、3 0 0 、4 0 0 、5 0 0 、6 0 0 、7 5 0 ( 8 0 0 ) 、1 0 0 0 、 1 2 5 0 、1 5 0 0 ( 1 6 0 0 ) a ，括弧内数值不推荐。 3 中国电力科学研究院硕士学位论文 额定二次电流：5 a 、2 a 或1 a 二次绕组的额定容量：1 0 ，1 5 ，2 0 ，2 5 ，3 0 ，4 0 ，5 0 ，7 5 ，i o o v a 测量线圈的准确级：0 2 、0 2 s 、0 5 、0 5 s 等 保护线圈的准确级：5 p 、l o p 保护线圈的a l f ：5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 ，2 5 绝缘水平：设备最高工作电压为2 5 2 k v ，6 0 s 工频耐受电压为4 6 0 k v ，额定雷电 全波冲击耐受电压为1 0 5 0 k v 。 局部放电水平：在1 2 u 皿3 ( 即1 7 0 k v ) 下，局部放电量1 5 p c 。 额定热短时电流：5 0 k a 、3 s 额定动稳定电流：1 2 5 k a ( 峰值) 介质损耗因数及电容量测量：在电压l o k v 及u = n 3 ( 1 4 6 k v ) 下，t a n6 o 0 0 4 。 机械强度：4 0 0 0 n 爬电比距为：2 5 m m k v 及3 1 m m k v 可选 抗震强度：8 级 其余均符合g b l 2 0 8 - 1 9 9 7 试制样品的性能指标 型号：l g b 卜2 2 0 ， l ：电流互感器； g ：干式； b ：带保护绕组； j ：绝缘加强型。 额定电压：2 2 0 k y 、额定电流：1 2 0 0 a 绝缘水平：2 5 2 4 6 0 1 0 5 0 k v 额定热短时电流：5 0 l ( a ，3 s 额定动稳定电流：1 2 5 k a 局部放电水平：在1 7 0 k v 下，一 1 5 p c 介质损耗因数：在l o k v 及1 4 6 k v 下，t a n5 0 0 0 5 电流比：1 2 0 0 5 准确等级：5 p 2 0 5 p 2 0 o 5 0 2 s 4 中国电力科学研究院硕士学位论文 额定容量：3 0 3 0 3 0 3 0 v a 1 1 4 各种型式电流互感器性能指标对比，见表1 - 1 。 表1 - - 1电流互感器性能指标对比 项目充油式c t充气式c t本产品备注 充油或充气充油充气干式，无气、不充油 油的化验、检测 s f 的化验、检 维护基本不需试验 及其它试验测及其它试验 重量重较重 轻 防火防爆防污闪性能一般性能较好性能优异 价格便宜 较贵居中 表l 一2电流互感器技术指标对比 项目 g b1 2 0 8 - 1 9 9 7 本产品 6 0 s 工频耐压3 9 5 k v 、或4 6 0 k v4 6 0 k v 雷电冲击耐受电压( 峰值)9 5 0 k v 、或1 0 5 0 k y1 0 5 0 k v 雷电截波耐受电压( 峰值) 1 0 9 5 k v 、或1 2 1 0 k v1 2 1 0 k v 局部放电水平( 固体绝缘) 2 0 p c1 5 p c 机械强度2 5 0 0 n 、或4 0 0 0 n4 0 0 0 n 介质损耗因数 0 0 0 5o 0 0 4 1 2 本课题主要研究内容 1 2 1 项目来源： ( 2 2 0 k v 干式高压电流互感器的研制和应用课题是两锦供电公司与北京国电四维 电力技术有限公司的合作研究项目，并经辽宁省电力公司批准立项。 l 2 2 项目的内容及实施计划； 、2 2 0 k v 于式高压电流互感器设计2 0 0 2 年1 月至5 月 、2 2 0 k v 干式高压电流互感器试验样机制造2 0 0 2 年5 月至1 0 月 、2 2 0 k v 干式高压电流互感器试验样机试验2 0 0 2 年1 1 月 、2 2 0 k v 干式高压电流互感器产品样机制造2 0 0 3 年1 月至1 0 月 、第一组( 3 台) 2 2 0 k v 干式高压电流互感器安装调试投入试运 2 0 0 3 年1 1 月 、第二组( 3 台) 2 2 0 k v 干式高压电流互感器安装调试投入试运行 2 0 0 4 年3 月 5 中国电力科学研究院硕士学位论文 、验收鉴定 1 3 本论文主要内容 2 0 0 4 年6 月至8 月 本人作为( 2 2 0 k v 干式高压电流互感器的研制和应用课题组成员，在研究工作中 学习很多东西，对于2 2 0 k v 干式高压电流互感器的原理、设计、制造、试验、安装、调 试及运行维护有了较深入了解。本论文全面系统地介绍了2 2 0 k v 干式高压电流互感器的 发展现状、设计原理结构、工艺、试验、安装调试及运行，论文最后提供了附录和附图。 论文第一章绪论介绍了2 2 0 k v 干式高压电流互感器发展现状，并对充油、充气和 干式电流互感器性能及技术指标进行了对比分析。 第二章阐述了2 2 0 k v 于式高压电流互感器设计原理及结构，同时也提出了该课题 的关键技术及解决方案，介绍了该产品的主要特点。 第三章详尽地介绍了2 2 0 k v 干式高压电流互感器设计计算及工艺过程。 第四章主要介绍了2 2 0 k v 干式高压电流互感器的型式试验，运行试验。 第五章对2 2 0 k v 干式高压电流互感器安装与运行进行了全面的总结，论文作者多 次到现场，与现场运行人员共同总结了从安装挂网运行以来的实际运行情况。 第六章简要介绍了2 2 0 k v 干式高压电流互感器经济效益及应用前景。 第七章结论 6 中国电力科学研究院硕士学位论文 第二章2 2 0 k v 干式电流互感器设计原理及结构 2 1 2 2 0 k v 电流互感器设计原理及结构 2 1 1 一次绝缘原理及结构 l g b j - 2 2 0 k v c t 一次绝缘采用电容屏结构，利用电容屏分压原理。见结构示意图2 1 。 图2 1 结构示意图 此结构相当于一电容器，对于内电容屏半径r l ，外电容屏半径为r 2 的圆柱电容器， 绝缘介质中半径为r 处的径向电场强度与两电容屏间电压u 之间的关系可用下式表示： 公式中：r 1 一内电容屏半径 r 2 一外电容屏半径 u 一两电容屏间电压 r 一绝缘介质中半径 u r = ，一 。r l n ( r 2 r i ) 7 中国电力科学研究院硕士学位论文 e 一电场强度 由此可见，当r = r 1 时，即在内电容屏表面的场强最大：当r = r 2 时，即在外电容屏 表面的场强最小。r l 与r 2 的差别越大，场强的差别也越大。基于此我们在设计的过程 中应适当增加主屏数，并设置一些中间电容屏，在电容屏之间再加几个端屏，这样在线 路高电压与地电位之间就构成了一组串联电抗器串联电容器各电容屏表面场强的差别 缩小。从而使内绝缘径向电压能够较均匀分布。 对于传统电流互感器一次绝缘外绝缘是一个极不均匀电场，而l g b j - 2 2 0 k v 凹一 次绝缘外绝缘采用热缩管封闭保护，并外加硅橡胶伞裙，这样内绝缘与外绝缘绝缘厚度 较薄，内绝缘电压分布可钳位外绝缘分布，使外绝缘电压较均匀分布。 一次绝缘闪络净距要求按电力工程电气设计手册电气一次部分规定：2 2 0 k y 中性点接地系统户外安全净距不小于1 8 0 0 衄，海拔高度超过1 0 0 0 m 时，按照g b 3 1 1 1 中的规定对安全净距进行修正。 2 1 2 一次线圈设计原理及特性 电流互感器其实是一台变压器，由一次绕组及二次线圈组成，工作原理图见2 2 。 2 2 电流互感器工作原理图 8 中国电力科学研究院硕士学位论文 根据i , n - + l 她= l a ，由于励磁电流i o 的存在，就造成i , n t + 1 2 n 2 o 即l l 。n 2 n ， 这就会造成误差。如何降低误差成为电流互感器设计的关键。 误差计算： ”石掣熹f s i ：一。) x 1 0 0 n l c , t 4 - b 1( ) 墨i - _ 二l j = _ _ = l - _ 一s l b 】xl 甏j 。2 7 f 衅c c 珊) l n l 。 一一 。 p j , ff 5 。一石三等斋。a 瓯+ 8 。) x 3 4 4 0 【一) 2 证陋f ( 琳) i 吼。 ”“、。 公式中： l c ：铁芯平均磁路长a c ：铁芯有效截面积 ：铁芯导磁系数o 。：铁芯损耗角 o ：二次阻抗角z 2 ：二次回路总阻抗 n 。：额定二次匝数( i n ) 。：一次安匝( 磁势) b 图2 3 磁化曲线图 9 h 中国电力科学研究院硕士学位论文 由以上公式可知1 、c t 误差与二次回路总阻抗成正比，总阻抗包括绕组本身阻抗和 二次负荷阻抗，二次负荷由用户提出，设计中尽量减小二次绕组阻抗；2 、c t 误差与一 次安匝成反比，要减小误差就要增大一次安匝，要增加一次匝数。但是对于不可能增加 一次匝数的互感器，例如套管式电流互感器一次绕组只有一匝，当额定电流较小时，很 难实现较高的精度；3 、增加铁心截面积，减小铁心平均磁路长都可减小c t 误差；4 、 铁心磁导率越高，误差越小，铁心选材也比较重要。 上面的分析是假定导磁率是常数为前提的，实际铁磁材料的导磁率是变化的，见图 2 4 l 一 r h 箝位签曲缝 艮 i h l 厂馘电苑谡签嵫 图2 4 误差曲线 二次线圈的负荷及其它参数一定的条件下，互感器铁心中磁密将随一次电流的变化 成近似比例的变化，即铁心磁密处在磁化曲线的直线段，即导磁率处于增长的区段。当 一次电流增加时，e 2 增加，b 值上升，此时p 值增长较快，所以误差减小，当实际一次 电流增加到一定值后，随着b 值增加u 值反而降低，所以误差又加大，见上图。 二次线圈的外绝缘的处理对于干式高压电流互感器也异常重要，必须具有耐压、防 潮放水功能，否则互感器设计将后患无穷。二次线圈设计中绝缘防水处理以下两点非常 重要：首先，铁心要浸防水绝缘漆，防止铁心受潮生锈；其次，外绝缘作防水处理，防 止线圈吸潮，致使绝缘电阻降低或造成短路。 i o 中国电力科学研究院硕士学位论文 2 22 2 0 k v 电流互感器研制与开发 2 2 1 关键技术及解决思路 我们课题组开发的2 2 0 k v 电流互感器可以借鉴1 1 0 k v l g b ( l g w ) 型c t 的结构及设计。 根据我们在前期进行的一些产品研制工作中的资料，如果将l l o k v 电流互感器进行简单 的放大，即绝缘距离加长，绝缘厚度加大等，是不可靠的。 最关键的问题是，主绝缘材料选用的是聚四氟乙烯，该材料摩擦系数很小，主绝缘 u 型结构的双臂上部具有锥状外形，当电压由l l o k v 提高至2 2 0 k v 时，其双臂上部锥状 部分将加长，锥度变大，使得2 2 0 k v 电流互感器的主绝缘可能会在此处发生易位，我们 将此叫作滑屏。这种情况在进行2 2 0 k v 穿墙套管的试制当中就有发生。 该问题的解决也已经过了试验，基本可以满足防止滑屏的要求。采用的方法是在缠 绕主绝缘前，将u 型两侧上部先制造倒锥，缠绕后将会使锥度大大降低，不会出现滑屏。 2 0 0 2 年制作的l l o k v 变压器套管其户内侧虽然长度很短，但其锥度很大，采用这种方 法就很有效地解决了端部滑屏问题。 如果对此问题不作充分认识，将l l o k v 电流互感器的结构简单放大，最终会使得产 品不可靠，长时间运行后，可能会发生滑屏或裂屏，导致系统事故。 2 2 2 技术方案 现有l g b ( l g w ) 型3 5 k v 1 1 0 k v 电流互感器是u 型结构，其主绝缘采用传统的电容 式结构，并以聚四氟乙烯为主的复合材料作为主绝缘材料，主绝缘缠绕在一次绕组上， 主绝缘外用热缩材料作为外护套，套装硅橡胶伞裙，二次线圈放置于c t 底部、热缩外 护套之外。 2 2 0 k v 电流互感器整体结构类似于现有l l o k v 的l g b ( l ) 型c t ，不过在解决滑屏 问题时应进行特殊处理。 电容式结构的主绝缘采用主电容屏加端电屏的方式，迸一步提高产品的成功率。 在技术参数选择上，考虑0 2 s 级的测量线圈，以满足用户的特殊需要。同时考虑 到系统继电保护方面的要求，可以考虑在二次侧安装具有保护功能的线圈。 2 2 3 产品的主要特点 、该产品无油、无气、无瓷、防火防爆，安全可靠，可提高电力系统安全运行水平。 、该产品大大降低了维护工作量，希望最终达到免维护的要求。 中国电力科学研究院硕士学位论文 、该产品无油、无气、无瓷为环保型产品，彻底解决了油污染和氟化物污染的威胁。 2 2 4 电流互感器设计安装运行参数 电流互感器设计安装运行所需的技术参数包括以下几个方面： a ) 电流互感器运行当地自然环境包括海拔高度、温度范围、安装地点( 户内户外) 、 履冰厚度、风速、地震烈度、湿度、污秽等级等； b ) 电流互感器所在系统的参数包括电流范围、电压等线路参数； c ) 电流互感器设计所需的技术参数； 2 2 0 k v 电流互感器设计需要以下技术要求：地脚尺寸、接线端子尺寸、接地螺栓尺 寸等，其余见表2 一i ( 未标明要求均按g b l 2 0 8 ) ： 表2 一l2 2 0 k v 电流互感器技术参数 技术要求一般要求备注 额定电压，k v 2 2 0 额定电流，a 由实际使用电流决定 绝缘水平，k v2 5 2 3 9 5 9 5 0特殊：2 5 2 4 6 0 i 0 5 0 海拔高度，m当地实际海拔高度 介质损耗因数 0 0 0 4 局部放电，p c1 7 0 k v 下，2 0 p c 热稳定电流 额定电流的2 5 倍，1 s 动稳定电流热稳定电流2 5 倍 额定电流比由实际使用电流决定 级次组合1 0 p 1 0 p 1 0 p 1 0 p o 5 0 2由用户需要确定 容量，v a 5 0 ( 3 0 )满匝5 0 v a ，抽头3 0 v a 抗弯强度，n 2 5 0 0 高要求：4 0 0 0 污秽等级三级 中国电力科学研究院硕士学位论文 第三章2 2 0 k v 千式电流互感器设计计算及生产工艺过程 3 12 2 0 k v 千式电流互感器设计计算 l g b j - 2 2 0 k v 电流互感器的设计及工艺制造文件是结合国电四维公司在长期进行 s t b 型高压穿墙套管、l g b ( l 卿) 型电流互感器及g d z 型电缆终端头等产品的生产基础 上，根据市场需求的变化以及最新国家标准和国际标准要求，对原有的电流互感器制作 的工艺部分进行改进而制定的。 由于l g a j - 2 2 0 k v 电流互感器可以认为是s t b 型高压穿墙套管、l g b ( l g w ) 型电流 互感器及6 d z 型电缆终端头系列产品的延续，因此其大部分工艺文件及相关要求是可以 通用的。例如：包绕过程、热缩过程、套装硅橡胶伞裙的过程等。而需要改动的部分主 要有二次线圈、一次绝缘装配等。 3 1 1 产品的结构 由于本系列电流互感器产品结构的特殊性，l g b j - 2 2 0 k v 电流互感器仍采用u 型结 构。电容芯由以聚四氟乙稀材料为主的有机复合绝缘材料组成，协同导电( 或半导电) 材料在一次导流体上绕制成同轴圆柱体构成电容式主绝缘结构。 密封材料均选用老化性能及其它性能都很优良的聚四氟乙稀或硅橡胶材料；其它绝 缘材料均选用耐温范围很宽的材料( 一6 0 1 1 0 ) 具体结构详见总装图 3 1 2 技术标准 g b l 2 0 8 1 9 9 7 电流互感器 g b - 3 1 1 1 - 1 9 9 7高压输变电设备的绝缘配合 i e c 4 4 - i - 1 9 9 6 ( c u r r e n tt r a n s f o r m e r q s w 0 0 1 0 0 2 - 2 0 0 1 干式高压电流互感器技术条件 3 1 3 设计计算说明 主绝缘电容芯子绝缘计算 电容芯子内部铝箔极板的布置是通过计算机进行计算设计的 电容芯子的径向场强由系统最高电压u m 、铝箔极板零层、接地层的直径r o 、r 。，极板长 度l 以来确定。 1 3 中国电力科学研究院硕士学位论文 根据轴向场强相等的原则和下面的关系式通过计算机计算，即可求出 犯。+ l o ) 耻搿2 l o厶卫 也+ 厶) 驴嚣2 lr l n 。 卫 2 7 c o 占0 l x 三刀土 乓一1 公式中： e o - - 场强 e n 一场强 l n 一极板长度 l 0 一极板长度 c x 一电容量 r 。一极板零层、接地层的直径 u m 一系统最高电压 二次线圈的计算 二次线圈的计算，根据c t 变比，二次输出容量和稳态精度，对铁芯尺寸二次绕组进行 设计计算。 热稳定计算：3 s ，5 0 k a ，1 0 2 t = i 。2 t ，通过计算得到，1 s ，8 6 ，6 k a ，巾3 0 铜棒截面 积为7 0 6 8 6 衄2 ，1 秒钟短时热电流密度6k = 1 2 2 5 a 皿2 1 6 0 a 删n 2 ，符合设计要求 3 22 2 0 k v 干式电流互感器生产工艺过程 l g b j - 2 2 0 k v 干式电流互感器的生产工艺过程图3 1 所示： 1 4 中国电力科学研究院硕士学位论文 耕科毽矗 li i 一坎鲴镣包绕二坎线嗣制作 ii ( 中闻憾睦e 中间憾验， 1 l 热端保护 上 萄傩鹱配 上 伞裾黏搂 上 端舒结构鹱配 上 沮湿热性睦 1 l ( 出厂位睦) 图3 1 生产工艺过程图 生产工艺过程说明 ( 1 ) 、材料准备：一次导电材料、绝缘材料、铁芯及二次线圈导线的采购和预处理。 ( 2 ) 、一次绝缘包绕是决定产品质量中最关键的一个生产环节，整个制作过程是恒 温恒湿密封的净化车间内进行。 ( 3 ) 、一次绝缘包绕完毕再经过热缩工艺过程后再与二次线圈箱体、端部构件等进 行总体装配，整机经温湿热试验和出厂试验，完成了全部生产过程。 1 5 主里鱼垄型堂塑壅堕堡主兰竺堡苎 一第四章2 2 0 k v 干式电流互感器试验 2 2 0 k v 干式电流互感器试验包括出厂试验、例行试验、型式试验、机械强度试验、 绝缘热稳定试验和雷电截波冲击试验等。上述试验，除了出厂试验以外，都是由本课题 组委托国家变压器质量监督检验中心进行的。试验结果符合g b l 2 0 8 1 9 9 7 标准要求( 详 见附录3 ) 。 4 1 引用标准及应用技术条件 4 1 1 引用标准 g b l 2 0 8 1 9 9 7 电流互感器 g b 一3 1 1 卜1 9 9 7高压输变电设备的绝缘配合 g b 7 3 5 4 8 5局部放电测量 d l 4 1 3 9 13 5 k v 及以下电力电缆热缩型附件应用技术条件 j b 5 8 9 2 9 1高压线路用有机复合绝缘予技术条件 j b t 8 4 6 0 1 9 9 6高压线路用棒形悬式复合绝缘子尺寸与特性 g b t1 6 9 2 7 卜1 9 9 7 高电压试验技术第1 部分一般试验要求 j 1 3 t5 3 5 6 9 1电流互感器试验导则 i e c 4 4 - 1 1 9 9 6 c u r r e n tt r a n s f o r m e r 4 1 2 应用技术条件 、使用条件 环境温度 最高温度+ 4 0 c ，最低温度一4 0 c 。 海拔不超过1 0 0 0 m ，如果超过1 0 0 0 m 时，由供需双方另议。 可用于、级污秽区。 、额定值及性能要求 额定一次电流标准值：5 0 、7 5 、1 0 0 、2 0 0 、3 0 0 、4 0 0 、5 0 0 、6 0 0 、7 5 0 ( 8 0 0 ) 、 1 0 0 0 、1 2 5 0 ( 1 2 0 0 ) 、1 5 0 0 ( 1 6 0 0 ) 、2 0 0 0 a ，如超过此电流，由供需双方另议 额定二次电流标准值：1 、2 、5 a ，其中5 a 是优先值。 1 6 中国电力科学研究院硕士学位论文 额定输出的标准值；业、竖、垫、2 5 、盟、4 0 、5 0 ，i o o v a ，有下标线者为优先值。 、短时电流额定值： 1 l o k v 及以下电流互感器： 额定短时热电流( l b ) 可达l o - 4 0 k a ，3 s 。 额定动稳定电流( i j 可达2 5 - 1 0 0 k a ( 峰值) 。 2 2 0 k v 电流互感器： 额定短时热电流( i 。) 可达l o 一5 0k a ，3 s 。 额定动稳定电流( i m ) 可达2 5 - 1 2 5k a ( 峰值) 。 、温升限值 当电流互感器的一次电流为额定电流并带有额定输出负荷且功率因数为0 8 l 时，电流互感器的温升不应超过8 5 k 。 、绝缘水平 一次绕组的额定绝缘水平：额定电压为3 5 k v 、6 6 k v 、l l o k v 及2 2 0 k v 的电流互感器， 其额定工频耐受电压及额定雷电冲击耐受电压，见表4 - - i 。 表4 1 一次绕组的额定绝缘水平 设备最高电压额定工频耐受电压额定雷电冲击耐受电压 k v ( 方均根值) k v( 峰值) k v 4 0 5 8 0 9 5 1 8 5 7 2 5 1 4 0 1 6 03 2 5 1 5 0 1 2 6 1 8 5 2 3 04 5 0 5 5 0 2 5 2 3 9 5 4 6 0 9 5 0 1 0 5 0 雷电截波电压的峰值电压为全波值的1 1 5 。 、局部放电水平 按g b l 2 0 8 - 1 9 9 7 电流互感器中第4 6 2 2 条的程序进行预加压后，在表2 所规 定的测量电压下局部放电水平应不超过表4 2 的规定。 表4 2 局部放电测量电压和允许放电水平 设备最高电压( u m )局部放电测量电压局部放电允许水平 k v ( 方均根值) k v p c 4 0 52 81 0 7 2 55 01 0 1 2 68 71 0 2 5 21 7 5 1 5 1 7 中国电力科学研究院硕士学位论文 、电容和介质损耗因数 在u m 3 和l o k v 电压下，测量电流互感器一次绕组的电容和介质损耗因数，介损 不超过0 0 0 2 。 、段间绝缘要求 当一次绕组分成两段或多段时，段问绝缘的额定短时工频耐受电压应为3 k v ( 方均 根值) 。 、二次绕组的绝缘要求 二次绕组对地及对其它二次绕组的短时工频耐受电压应为3 k v ( 方均根值) 。 二次绕组匝问绝缘的额定耐受电压应为4 5 k v ( 峰值) 。 、外绝缘的爬电比距 外绝缘为硅橡胶外护套及伞裙，其表面应光滑、无裂纹，并符合j b 5 8 9 2 9 1 高压 线路用有机复合绝缘子技术条件。爬电比距( 即户外端最小公称爬电距离与最高工作 电压之比) 为2 5 m l k v ，相当于瓷的3 1 m m , k v ，满足4 级污秽区的要求。 o 、机械强度要求 电流互感器能承受的静态试验载荷列于表3 。施加静态载荷的时间是6 0 s 。 电流互感器在正常运行时起作用的载荷总和一般应不超过规定的静态试验载荷的 5 0 。 表4 - - 3 静态试验载荷 设备最高电压u m静态承受载荷 ( k v )( n ) 7 2 51 2 5 0 1 2 62 0 0 0 2 5 24 0 0 0 4 2 出厂试验项目 按照g b l 2 0 8 - 1 9 9 7 电流互感器的要求，确定l g b j - 2 2 0 型干式电流互感器的出厂 试验项目主要有以下各项： 表4 - - 4 出厂试验项目 1 8 中国电力科学研究院硕士学位论文 出线端子标志正确性验证， 1出线端子标志检验( 例行) 极性关系验证 2 二次绕组工频耐压试验( 例行)施加电压( k v ) ：3持续时间( s ) ：6 0 3末屏对地工频耐压试验( 例行)施加电压( k v ) ：3 持续时间( s ) ：6 0 4匝间过电压试验( 例行)一次施加电流( a ) ：1 2 0 0持续时间( s ) ：6 0 一次绕组的工频耐压试验 5施加电压( k v ) ：3 9