文／平高集團有限公司 劉易雄 劉恩歌

1 引言

電流互感器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備。目前，在電力系統(tǒng)中輸電線路電壓等級比較低的情況下，電磁式電流互感器采用空氣絕緣的方式。隨著電壓等級的提高，電磁式電壓互感器采用了油紙絕緣和氣體絕緣的方式。在超高壓電網(wǎng)中，電流互感器又采用串級絕緣的辦法。隨著電壓等級的不斷提高，電磁式電流互感器在制造上面臨著絕緣結(jié)構(gòu)難以滿足運行要求的難題。

而與傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)原理互感器相比，電子式互感器因具有優(yōu)良的絕緣性能，制造成本低；可不含鐵心，消除磁飽和、鐵磁諧振等問題；抗電磁干擾性能好，低壓側(cè)無開路高壓的危險；動態(tài)范圍大，測量精度高；頻率響應(yīng)范圍寬；可無油、無氣，不存在易燃、易爆的問題；體積小、重量輕等一系列優(yōu)點，成為未來互感器發(fā)展的方向，并適應(yīng)了電力計量與保護數(shù)字化、微機化和自動化發(fā)展的潮流[1]。

2 獨立式電子式電流互感器絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計

獨立式電子式電流互感器的設(shè)計思路是在高壓端利用一次電流傳感器測量大電流信號，經(jīng)一次轉(zhuǎn)換器處理后傳輸?shù)降蛪憾?，再?jīng)低壓端二次轉(zhuǎn)換器處理，其輸出信號可作為測量信號或接二次保護設(shè)備。如何將位于高壓端的一次轉(zhuǎn)換器輸出信號傳遞到低壓端是電子式電流互感器設(shè)計的重點[2]。獨立式電子式電流互感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

光纖具有良好的絕緣性能，利用光纖作為高壓端和低壓端的信號傳輸媒質(zhì)，具有絕緣簡單、造價低、技術(shù)成熟等優(yōu)點。在高壓端將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，通過光纖傳輸信號，在低壓端再將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并進行信號處理。

圖1 獨立式電子式電流互感器結(jié)構(gòu)圖

3 光纖絕緣子的幾種實現(xiàn)形式

光纖信號傳輸系統(tǒng)從一次高壓側(cè)穿入復(fù)合套管中至二次低壓側(cè)。光纖復(fù)合高壓套管的制作即考慮外絕緣，也要考慮內(nèi)絕緣。外絕緣由硅橡膠外套實現(xiàn)，內(nèi)絕緣通常通過充絕緣油、SF6氣體等絕緣介質(zhì)來實現(xiàn)。如圖2所示。

該種光纖絕緣子由于含有油或氣，從而出現(xiàn)了滲漏的可能性，降低了產(chǎn)品運行的可靠性，無法發(fā)揮電子式互感器絕緣結(jié)構(gòu)簡單這一優(yōu)勢。且信號傳輸用光纖跳線需剝露成裸光纖預(yù)先埋入刻有螺旋槽的絕緣棒中，裸光纖容易損壞，造成成品率不高。

如圖3所示，該種光纖絕緣子為實心棒形絕緣子，首先將環(huán)氧玻璃纖維材質(zhì)芯棒刻槽，槽的尺寸與光纖數(shù)量及相關(guān)加工有關(guān)。然后將光纖置入槽中，然后將處理光纖置入槽中并澆注室溫膠，選用室溫膠是為了避免損壞光纖；接著將澆裝后的芯棒進行整體傘群澆注；澆注后進行絕緣子法蘭的安裝，兩端法蘭安裝完畢后，即完成光纖絕緣子的制作。但信號傳輸用光纖跳線需剝露成裸光纖預(yù)先埋入芯棒中，裸光纖容易損壞，成品率也不高。

圖2 光纖絕緣子結(jié)構(gòu)形式一

圖3 光纖絕緣子結(jié)構(gòu)形式二

圖4 光纖絕緣子結(jié)構(gòu)形式三

如圖4，此種光纖絕緣子的結(jié)構(gòu)主要由玻璃絲纏繞管、硅橡膠外套和金屬法蘭組成:由真空浸漬環(huán)氧玻璃纖維制作的能承受負荷的絕緣管，以有機硅橡膠制作的護套直接高溫壓注成型壓接到絕緣管上，再將有機硅橡膠制作的外套(傘裙)安裝在護套上的端部法蘭。再把壓制好的內(nèi)傘群通過澆裝劑一個個依次粘接在復(fù)合高壓套管內(nèi)壁；傳輸信號用光纖跳線穿入螺旋狀的光纖骨架中，套管兩端用絕緣蓋板進行密封。采用此方法后，光纖跳線無需剝成裸光纖，直接帶有保護層進行制作，成品率高。采用內(nèi)傘群粘接工藝及光纖跳線穿入螺旋狀的光纖骨架中，增加了爬電距離，絕緣蓋板防止外部污穢進入，保證了內(nèi)部絕緣可靠；內(nèi)部不需充其他絕緣介質(zhì)，減輕了產(chǎn)品重量，節(jié)約材料，即經(jīng)濟又環(huán)保。但光纖骨架材料屬于高分子材料，老化變形后彈性下降，并造成爬電距離發(fā)生改變。另外，此種方法制作過程復(fù)雜，勞動生產(chǎn)率不高。

如圖5，此種光纖絕緣子外絕緣結(jié)構(gòu)與圖4相同，傳輸信號用光纖跳線呈螺旋狀穿入內(nèi)部固定的玻璃絲筒孔中，保證爬電距離。玻璃絲筒由絕緣棒進行端部支撐，套管法蘭加裝緩沖材料進行底部支撐。套管內(nèi)部充入室溫硅橡膠作為絕緣介質(zhì)，經(jīng)固化后成型。

圖5 光纖絕緣子結(jié)構(gòu)形式四

此種方法既保證了絕緣的可靠性，也提高了成品率，且生產(chǎn)制作簡單，為現(xiàn)行的最優(yōu)方案。

4 總結(jié)

本文分析了獨立電子式電流互感器的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，探討了光纖絕緣子的幾種實現(xiàn)形式，以滿足光纖信號傳輸?shù)慕^緣要求。

[1]王少奎.電子式電流互感器的發(fā)展現(xiàn)狀和研制難點［J］.變壓器，2003，5，20-25.

[2]申燭，王士敏，羅承沐.一種電子式電流互感器的研制［J］.電力系統(tǒng)自動化，2002，4，1-4.