■ 平高集團(tuán)有限公司 李陽(yáng) 王紅慶 平海濤

1 概述

隨著GIS（氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備）需求量的不斷加，與其配套的氣體絕緣電壓互感器的用量不斷增長(zhǎng)，結(jié)合252kV GIS配套用電壓互感器產(chǎn)品研制過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方法，就該產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題淺談個(gè)人的看法。

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

252kV GIS配套用電壓互感器的總體結(jié)構(gòu)采用罐式，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。產(chǎn)品主要由器身、罐體、盆式絕緣子組成。

如圖2所示器身包括低壓繞組（二次繞組）、高壓繞組（一次繞組）、 鐵心、 鐵心屏蔽和繞組屏蔽等；殼體上裝有爆破片、二次出線端子盒和充氣閥門(mén)等；盆式絕緣子能夠使互感器與GIS氣室相隔離，使產(chǎn)品具有獨(dú)立的氣室；該產(chǎn)品高壓繞組的高壓引線通過(guò)導(dǎo)電管直接引到盆式絕緣子的中心導(dǎo)體上，而盆式絕緣子另一端通過(guò)電連接、導(dǎo)電桿實(shí)現(xiàn)與GIS的對(duì)接；該產(chǎn)品本身不具有外絕緣結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行高壓試驗(yàn)時(shí)需要安裝到專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)工裝上。

3 器身設(shè)計(jì)

器身設(shè)計(jì)主要包括主絕緣、鐵心、繞組誤差、繞組層間及繞組之間絕（緣縱絕緣）的設(shè)計(jì)計(jì)算。

252kV GIS配套用電壓互感器主絕緣為SF6氣體，縱絕緣（即繞組絕緣）為聚酯薄膜。由于SF6氣體的沖擊系數(shù)較小，因此主絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)主要以保證雷電沖擊電壓下的耐電強(qiáng)度為原則。

該產(chǎn)品SF6氣體最低工作壓力(20℃)：0.35MPa（相對(duì)氣壓） ，額定工作壓力(20℃)：0.45MPa（相對(duì)氣壓）；環(huán)境溫度：-25℃～+40℃；雷電沖擊電壓值：1050kV（峰值）；。一次繞組的工頻耐壓：460kV，40s（有效值），150HZ。該產(chǎn)品器身在罐體內(nèi)的布置（俯視）如圖3所示。

由于該產(chǎn)品主絕緣介質(zhì)（SF6氣體）單一，建立合適的模型，運(yùn)用有限元計(jì)算軟件對(duì)主絕緣電場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，確定絕緣距離、鐵心屏蔽和繞組屏蔽的設(shè)計(jì)是否合理，雷電沖擊電壓1050 kV下，電場(chǎng)計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

SF6氣體間隙的工程擊穿場(chǎng)強(qiáng)(雷電沖擊電壓(-1.2/50μ s))為：

Ebt=75(10p)0.75 kV/cm

p為氣壓（絕對(duì)氣壓），單位：MPa。

在該產(chǎn)品SF6氣體最低工作壓力(20℃)：0.35MPa（相對(duì)氣壓）下，電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)允許值為：

Ebt=231.7238 kV/cm=23.1238 kV/mm

電場(chǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算（圖4）其電場(chǎng)最大值為21.649 kV/mm，設(shè)計(jì)裕度為：1.4748 kV/mm，滿足設(shè)計(jì)要求。需要注意的是殼體、鐵心屏蔽、繞組屏蔽及三者之間的絕緣距離設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)電場(chǎng)的計(jì)算，且在裝配時(shí)嚴(yán)格控制裝配尺寸，才能保證產(chǎn)品性能的可靠。

如圖5所示252kV GIS配套用電壓互感器的鐵心為單相雙柱式（單心柱），一般做成口字形，兩鐵軛及兩心柱間的距離由主絕緣電場(chǎng)計(jì)算決定。鐵軛兩側(cè)的夾件通過(guò)穿心螺桿將鐵心片夾緊使其平整不松動(dòng)， 同時(shí)， 通過(guò)夾件可以將器身固定到殼體上。鐵心的截面設(shè)計(jì)是根據(jù)電壓比、 準(zhǔn)確級(jí)、 負(fù)荷等參數(shù)并結(jié)合繞組的結(jié)構(gòu)形式、 運(yùn)行方式 （是否有效接地） 按照常規(guī)電磁式電壓互感器計(jì)算方法確定。

252kV GIS配套用電壓互感器的低壓繞組（二次繞組）的設(shè)計(jì)可參照普通油浸電壓互感器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行，高壓繞組（一次繞組）的結(jié)構(gòu)形式有兩種，一種是矩形結(jié)構(gòu)（圖6），一種是梯形結(jié)構(gòu)也叫寶塔形結(jié)構(gòu)（圖7）?？紤]到矩形結(jié)構(gòu)繞組繞制工藝簡(jiǎn)單，選用矩形結(jié)構(gòu)繞組。

繞組的層絕緣應(yīng)以保證工頻試驗(yàn)電壓下的耐電強(qiáng)度為原則，沿繞組表面的爬電問(wèn)題要考慮工頻和沖擊兩種電壓，同時(shí)還要保證零表壓下的工頻耐電強(qiáng)度。繞組誤差的設(shè)計(jì)計(jì)算，互感器原理與設(shè)計(jì)相關(guān)的文獻(xiàn)（教材）已有詳細(xì)的介紹，這里不再詳述。

4 試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)

252kV GIS配套用電壓互感器正常運(yùn)行時(shí)是安裝在GIS上，無(wú)外絕緣結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行誤差、工頻耐壓等廠內(nèi)試驗(yàn)及雷電沖擊型式試驗(yàn)時(shí)，需設(shè)計(jì)試驗(yàn)工裝（圖8、圖9）。

252kV GIS配套用電壓互感器試驗(yàn)工裝的結(jié)構(gòu)采用絕緣套管、導(dǎo)電桿、電連接、支柱屏蔽罩、過(guò)渡法蘭組合裝配。其中電連接一端與盆式絕緣子連接，另一端與導(dǎo)電桿相連；支柱屏蔽罩用于屏蔽絕緣套管的下法蘭：過(guò)渡法蘭作為互感器與絕緣套管的中間連接體。在1050kV雷電沖擊電壓下運(yùn)用有限元計(jì)算軟件對(duì)其主絕緣電場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)證其電場(chǎng)分布，具體計(jì)算結(jié)果如圖10所示。

計(jì)算結(jié)果最大值為21.055 kV/mm，在該產(chǎn)品SF6氣體最低工作壓力(20℃)：0.35MPa（相對(duì)氣壓）下，電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)允許值為：

Ebt=23.1238 kV/mm（具體計(jì)算見(jiàn)器身設(shè)計(jì)部分），設(shè)計(jì)裕度為：2.0688 kV/mm，滿足設(shè)計(jì)要求。值的注意的是試驗(yàn)工裝零部件的設(shè)計(jì)主要考慮自制件的設(shè)計(jì)（電連接、導(dǎo)電桿、電連接、支柱屏蔽罩、過(guò)渡法蘭）；絕緣套管由專(zhuān)業(yè)的制造廠家生產(chǎn)，盆式絕緣子由GIS生產(chǎn)廠家提供。

5 結(jié)束語(yǔ)

252kV GIS配套用電壓互感器是針對(duì)用戶的要求研制的，通過(guò)該產(chǎn)品的研制為集團(tuán)公司研制同類(lèi)型其他電壓等級(jí)的電壓互感器積累了經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)該產(chǎn)品通過(guò)了型式試驗(yàn)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)計(jì)算的正確性。

1.嚴(yán)璋，朱德恒.高電壓絕緣技術(shù).北京：中國(guó)電力出版社，2007.

2.肖耀榮，高祖綿.互感器原理與設(shè)計(jì)基礎(chǔ).沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

3.陳天翔，王寅仲、海世杰.電氣試驗(yàn).北京：中國(guó)電力出版社，2008.

4.GB1207-2006電磁式電壓互感器.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.