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电压互感器的绝缘结构、老化因素及对应措施

文章来源:中国电源博览 作者:【未知】 点击:次 时间:2013/3/13 16:15:55 转载:

  在互感器设计中,绝缘部分一般采用传统的设计方法,即采用检验统计的方法确定互感器绝缘的寿命。近年来,互感器绝缘设计方法中出现了现代的设计方法,如有限元分析法、可靠性设计技术和优化设计技术,并且借助计算机技术的发展,使用大型专业分析优化软件进行分析设计,采用现代设计方法得到的方案比利用传统设计方法设计出的方案更加经济合理。由于现代设计方法还处于发展之中,现代设计方法的具体内容难以确定,但目前己有多种比较成熟的方法,概括起来有:优化设计、有限元分析、可靠性分析、造型设计、价值工程、设计专家系统;计算机辅助设计等。而且这些方法交叉运用,可以构成多种具有独特应用对象的方法,如可靠性优化设计等。

一、电压互感器的绝缘结构

  电压互感器按绝缘介质分有干式、浇注式、油浸式和气体式四类,电压互感器的绝缘结构按照电压等级的不同、使用环境的不同采取不同的方式。通常专供测量用的低电压互感器是干式,高压或超高压密封式气体绝缘(如六氟化硫)互感器也是干式。浇注式适用于35kV及以下的电压互感器,35kV以上的产品均为油浸式。其中,环氧树脂浇注式互感器与传统的油浸式、充气式互感器相比,具有无油、无气、无外壳、终身免维护、绝缘性能好等优点,是目前世界上普遍使用的一种互感器。

1、干式绝缘结构

  干式绝缘结构制造简单、成本低廉,但绝缘强度不高,所以采用这种结构的电压一般不超过380V。导线采用QZ型漆包圆铜线,绝缘结构所用的绝缘材料主要有:绝缘纸、玻璃丝布带、酚醛塑料等。线圈与铁心之间采用胶木或塑料骨架绝缘,层间绝缘以及一次与二次线圈之间的主绝缘,一般采用黄蜡绸或聚脂薄膜。仪用电压互感器环形铁心与线圈之间的绝缘,一般采用绝缘纸板,再绕一两层玻璃丝带、黄蜡绸或聚脂膜带。干式结构简单,但体积较大,只适用于低压户内装置,或者10kv及以下的仪用电压互感器。

2、浇注式绝缘结构

  所谓浇注式绝缘是指由树脂、填料、颜料及固化剂等按一定比例混合后,浇注到装有互感器的一、二次绕组及其他零部件的模具内,经固化成型所形成的固体绝缘。固化成型的混合胶既固定了各相关零部件,又是互感器的主绝缘。浇注绝缘具有绝缘性能好、机械强度高、防潮、防火等优点。树脂混合胶在室温或高温下,具有较好的流动性,可以填充小的间隙,容易浇注成比较复杂的形状,树脂混合胶还具有很强的粘合作用,能把金属和许多绝缘材料牢固地粘接在一起,是比较理想的互感器绝缘成型材料,目前广泛应用于35kV及以下电压等级的户内互感器。

  目前我国互感器上普遍使用的树脂有环氧树脂和不饱和树脂两种。不饱和树脂价格便宜,可常温固化,浇注工艺简单,但是其电气和机械强度低,耐热性较差;此外,不饱和树脂的饱和蒸汽压高,混合胶不宜真空脱气,浇注时也不宜抽真空,浇注体内有气泡;不饱和树脂的固化收缩率大,混合胶固化时容易开裂。因此不饱和树脂只适用于低电压的产品。环氧树脂的固化收缩率小,饱和蒸汽压低,适于在高温、高真空下浇注,使混合胶的流动性更好,可以最大限度地脱气,从而得到性能理想的浇注体。

  浇注式绝缘有半浇注和全浇注两种:半浇注式是线圈单独浇注,然后再装上铁心;全浇注式是线圈和铁心装好后一起浇注。环氧树脂全浇注电压互感器具有以下特点:(1)实现了无油化,保护了环境;(2)实现了免维护,节约了大量的人力物力及停电时间;(3)其制造材料均为不燃或耐燃自熄物质,阻燃、防爆。

  线圈对铁心和地的绝缘都由树脂承担,浇注时要求不夹入气泡或导电杂质。线圈层间绝缘采用电缆纸或复合绝缘纸。一次与二次线圈间的主要绝缘采用环氧树脂筒、酚醛纸筒或经过真空压力浸漆的电缆纸筒。塑料浇注式结构紧凑,维护方便,适用于3~10kV的户内装置。

  环氧树脂是一种早就广泛应用的化工原料,它不仅是一种难燃、阻燃的材料,且具有优越的电气性能,后来逐渐为电工制造业所采用。浇注式电压互感器结构紧凑,维护简单,随着户外用树脂的发展,亦将逐渐在35kV以上户外产品上采用。浇注式电压互感器按浇注形式分为半浇注式和全浇注式。其中,一次绕组和各低压绕组,以及一次绕组出线端的两个套管均浇注成一个整体,然后再装配铁心的是一种常用的半浇注式结构,优点是浇注体比较简单,容易制造,缺点是结构不够紧凑,铁心外露会产生锈蚀,需要定期维护;绕组和铁心均浇注成一体的叫全浇注式,其特点是结构紧凑,几乎不需维护,但是浇注体比较复杂,铁心缓冲层设置比较麻烦。

  浇注互感器外绝缘根据户内、户外两种结构形式有所不同。户内互感器用混合胶将一次绕组引线浇注成套管,以保证引线端子到底座或外露铁心的绝缘距离,浇注套管一般是圆锥体、圆柱体或方柱体,有时也根据需要设有伞裙。户外互感器的外绝缘有许多伞裙,以增加沿面爬电距离。有时还设计为大小伞裙,以提高其防污和抗凝露闪络能力。户外浇注互感器的胶料与户内浇注互感器的胶料有所不同,其所用环氧树脂、填料、固化剂均应满足户外运行条件。

3、油浸式绝缘结构

  在我国互感器中,目前油浸式电压互感器占很大比重,其结构形式普遍用于35kV及以上各等级电压互感器。较低电压等级的户内产品也有采用这种结构的。油浸式电压互感器可分为单级式和串级式两种,单级式用于220kV及以下各电压等级,串级式用于66kV及以上电压等级。

  油浸式电压互感器的绝缘可分为:在油中的内部绝缘和在空气中的外部绝缘。主绝缘为一次绕组及高压引线对铁心或接地部分和对其他绕组的绝缘。串级式电压互感器的铁心与铁心之间及铁心与地之间的绝缘也视为主绝缘。纵绝缘为绕组的线匝间、层间、线段间的绝缘。

4、气体绝缘结构

  SF6气体无色、无味,具有较高的电气强度,优良的灭弧性能,良好的冷却特性,不可燃,灭弧能力强,是一种极好的绝缘物质。将它用于电气设备可免除火灾的威胁,缩小设备尺寸,提高系统运行的可靠性。SF6金属封闭式组合电器(GIS)的出现,缩小了户外变电所的占地面积,提高了运行的安全可靠性。一般SF6气体绝缘互感器用在GIS设备的配套设备中,互感器装到GIS上以后,充满SF6气体,有着良好的绝缘性能。

  SF6电压互感器采用单相双柱式铁心,器身结构与油浸单级式电压互感器相似,包括绕组端部绝缘、高压引线绝缘、一次绕组与铁轭、外壳等其他接地金属件之间的绝缘。若是三台单相电压互感器装在一个外壳内,还包括相间绝缘。层间绝缘采用有纬巨制粘带和聚酷薄膜,一次绕组截面采用矩形或分级宝塔形。引线绝缘根据互感器是配套式还是

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