李昊 孙一宁 焦通 崔广泉 杨默涵
（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院 辽宁沈阳 110000）
摘要：这篇文章主要介绍了一个1100kVGIS配置的电磁罐式电压的传感器的研制与应用，主绝缘介质为SF6气体绝缘，单级宝塔形结构采用是高压绕组，聚脂薄膜是层间绝缘的主要材料，线包特别像台阶；铁心采用单相插片叠积式结构。所有的产品都痛过了严格的测试和考核，，达到国家的标准，并在1100kV交流特高压工程中成功应用。
关键词；罐式电磁式电压互感器；1100kVGIS
引言
这个产品用的结构是电磁式、SF6气体绝缘，特点就是对误差有特别的稳定性能、而且抗干扰也是非常优秀、特的结构比较紧凑、体积小等优点。通过对互感器高压线圈、二次线圈和铁心结构的优化设计，以及对主绝缘的仿真分析、计算，优化了产品绝缘结构，使得电场分布合理、绝缘可靠，输出电压准确、稳定，保证了产品的运行可靠性和测量准确度。我们的样机通过了严格的审核以后，而且我们还在山东、淮南—南京—上海1000kV特高压交流输电工程中成功应用为满足1100kV交流特高压GIS对罐式电压互感器的需求，某公司利用在高压互感器产品领域的技术优势，自主研制开发了1000kVGIS用罐式电压互感器（PT）。
1产品结构的确定
这个产品的外形特点和结构就如图1和2。产品主要由二次线圈、高压屏蔽电极、高压线圈、低压屏蔽电极、铁心、绝缘子、壳体、充放气阀门、压力释放装置、二次接线组件等部分组成。铁心采用插片叠积式铁心，高压线圈采用宝塔形结构；壳体采用焊接壳体。产品主绝缘介质为纯净的SF6气体，高压绕组材料为漆
包圆铜线，层间绝缘材料为优质电工用聚酯薄膜，二次绕组材料为漆包扁铜线，壳体材料为铝合金板材。
2主绝缘设计
2.1设计分析
这个产品最主要的就是这3个部分，高压屏蔽电极及高压连接导体对地绝缘介质为SF6气体的单一电介质，高压线圈沿面和层间、高压绕组端部对地的绝缘是由双面菱格点胶聚脂薄膜和SF6气体2种不同介电常数的电介质组成，是一个复合介质场。高压屏蔽电极及高压连接导体对地、高压线圈沿面和层间、高压绕组端部对地的绝缘
2.2设计方法
这次的设计用的是限元法对三维空间的释放，主要是对绝缘的结构有了优化。经分析计算，高压屏蔽电极（图2中序号8）表面电场强度最高，在2400kV雷电冲击电压作用下的场强约24kV/mm，而在最低工作压力0.4MPa（表压）下，SF6气体最高允许设计场强为28kV/mm.
3高压线圈结构选型
3.1一次绕组结构的选取
在结构的选取中一般分为矩形和宝塔形这两类，跟矩形结构来对比显示出来的宝塔形如图中所示，详细的看来主要的优点在于以下方面电气应用的方面，宝塔型结构一次绕组每层的圈数由下至上逐层递减，线圈绕制完成后，上部窄、下部宽，绕组断面呈梯形；但是矩形的结构每层的圈数都一样，线圈绕制完成后，上部、下部宽度相同，绕组断面是属于矩形。
在上面的图中，线圈的上部分再宝塔的结构中呈现的比较窄，高压屏蔽电极与接地电极之间绝缘距离较大，在相同的绝缘水平下，进行了合理的电机设计，宝塔形结构可取较小的绝缘距离，有利于产品的小型化。在高压线圈机械强度方面，宝塔形结构与矩形结构相比较，宝塔形结构一次绕组每层的圈数由下至上逐层递减，线圈重心低，绕组层间不易轴向滑移，机械强度高，稳定性好。
3.2一次绕组层间绝缘及排列方式
一次绕组层间绝缘采用双面菱格点胶聚脂薄膜，该绝缘材料是以绝缘性能优良的聚脂薄膜为基材，并在其双面呈菱形涂以仍具有反应活性的特种环氧树脂胶烘焙而成。绕制好的线圈按工艺要求加热到规定的温度和时间后，涂装在聚脂薄膜表面的环氧树脂发生固化反应，从而把一次绕组和层间的聚脂薄膜牢固的粘结在一起，加强了线圈内部及层间的机械性能。
4铁心设计
4.1磁通密度的选取
国家标准GB20840.3《电磁式电压互感器的补充技术要求》规定，互感器一次端工频耐受电压试验时间1min，为避免铁心饱和，试验电压的频率可以高于额定频率，而电力行业的标准DL/T1186《1000kV罐式电压互感器技术规范》要求，1000kV电压等级电压互感器一次端工频耐受电压试验频率50Hz、试验时间5min，不允许改变试验频率。另外，1100kVGIS中的断路器断口带有均压电容，在断路器跳闸时，可能出现分频电压（通常为1/2次、1/3次、1/5次等分次谐波）。当断路器处于热备用时，由于断路器断口均压电容C1和母线对地电容C2的影响，可能会导致互感器发生磁饱和现象，引起铁磁谐振，造成互感器烧损，铁磁谐振原理。
4.2匝电势的选取
磁通密度为一定值，铁心有效截面大，则绕组匝电势较高，绕组的卷数较少，绕组漏抗小，误差小，缺点是铁心体积大，硅钢片用量多，产品体积大；而铁心有效截面小，则绕组匝电势较低，绕组的卷数多，高压线圈卷绕困难，线圈直流电阻和漏抗增大，也会使产品的精度降低、误差增大。因此，在选取匝电势时，要从铁心材料的用量、产品误差、线圈卷绕的难易度等方面综合考虑，结合工程经验，对于该电压等级产品，在额定电压下匝电势不大于3V/匝比较适宜。
5鉴定情况
5.1试验验证情况
产品样机于2013年7月，在国家的监督与管理下已经通过了实验性的考核，检验的结果已经表明产品已经达到了国家规定、行业的要求以及产品技术的规范，在对于一部分的实验结果来看可以看出，产品的绝缘水平较高，且裕度较大。
5.2鉴定情况
2013年12月28日，在受到国家能源局的邀约之后，我国的机械专家以及工业联合会召开了“JDQX-1000罐式电磁式电压互感器”产品技术鉴定会，鉴定委员会意见：其产品鉴定为自主研发，并享受独立的知识产权，而且正好补充了我国国内特高压电磁互感器的不足之处，经验就认为其性能已经到达国际的先进水平。
6工程应用情况
自产品研究问世以来，已于2016年7月在锡盟—山东、淮南—南京—上海1000kV特高压交流工程锡盟变电站和东吴变电站带电运行，取得了良好的经济效益和社会效益。
结语
在本文中讲述到宝塔性的结构已经被高压线全采用，其使用的性能优良，实现了产品紧凑型、小型化设计。通过对铁心结构的优化和额定磁通密度的选取，使产品满足了标准DL/T1186《1000kV罐式电压互感器技术规范》中，规定的在50Hz下进行一次端工频耐受电压试验的要求，同时也降低了断路器操作时电压互感器产品发生铁磁谐振的风险。采用有限元法对三维空间电场进行了仿真计算和分析，优化了绝缘结构，产品通过了型式试验考核，绝缘试验合格且有较大裕度，提高了设备的运行可靠性。JDQX-1000罐式电磁式电压互感器成功应用于1000kV特高压交流工程，运行状况良好，对于我国行业的发展做出了很大的贡献，已经能够满足于1100kV特高压交流GIS对罐式电磁式电压互感器使用。
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论文作者:李昊,孙一宁,焦通,崔广泉,杨默涵
论文发表刊物:《河南电力》2018年7期
论文发表时间:2018/9/11
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