廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司陽江供電局 黃 祥 植慶航 楊雄健

引言

電流互感器是變電站內(nèi)最常見的設(shè)備之一，由互相絕緣的一次繞組、二次繞組、鐵芯及構(gòu)架、殼體、接線端子等組成，最基本的組成部分是鐵芯和線圈，以及必要的絕緣材料。其作用是將一次側(cè)的大電流轉(zhuǎn)化為二次側(cè)的小電流，小電流接入至保護(hù)裝置、測(cè)量裝置、計(jì)量裝置等，可作為保護(hù)裝置動(dòng)作的判據(jù)，可用于電流量的測(cè)量、計(jì)量等。

電流互感器的工作原理和變壓器相似，在實(shí)際運(yùn)行中負(fù)荷阻抗很小，二次繞組接近于短路狀態(tài)，相當(dāng)于一個(gè)短路運(yùn)行的變壓器，其工作原理為電磁感應(yīng)原理。當(dāng)一次線圈N1流過電流I1，交變的電流將在鐵芯內(nèi)產(chǎn)生交變磁通φ，交變的磁場(chǎng)穿過二次線圈N2時(shí)，將在二次線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2，有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的閉合二次線圈將產(chǎn)生感應(yīng)電流I2。因N1×I1=N2×I2，即一次電流與二次電流大小與線圈匝數(shù)成反比，這樣，只需人為設(shè)置好一、二次線圈的匝數(shù)比（通常為600：1、3000：1、4000：1等），即可控制二次電流值的大小。

但需注意，電流互感器的匝數(shù)比并不等同于變比，電流互感器變比的含義為：表明了一次、二次電流的變化關(guān)系；表明了一次、二次正常工作時(shí)所能流過的最大電流。比如，電流比100/5不能寫成20/1，這是因?yàn)?0/1說明互感器的額定一次電流為20A，額定二次電流為1A，與100/5比值雖然相同而實(shí)際意義不同。

電流互感器在運(yùn)行中嚴(yán)禁二次開路，因二次開路時(shí)鐵芯中的磁通會(huì)急劇增加，使鐵芯達(dá)到飽和狀態(tài)、鐵損增大，使得鐵芯過熱，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生熱擊穿，同時(shí)二次側(cè)會(huì)感應(yīng)出很高的電動(dòng)勢(shì)，容易使電流互感器二次絕緣擊穿，對(duì)人身和設(shè)備造成危害。

而在變電站內(nèi)運(yùn)行過程中，電流互感器二次側(cè)亦需防止運(yùn)行繞組的短路。當(dāng)二次繞組接線板受潮絕緣降低導(dǎo)致二次繞組首端對(duì)地短路或?qū) 端短路時(shí)，該繞組的二次電流將無法輸入至保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量裝置內(nèi)，最嚴(yán)重的情況下將導(dǎo)致保護(hù)采樣電流消失，保護(hù)裝置將判斷為變電一次設(shè)備發(fā)生異常導(dǎo)致了電流的消失，進(jìn)而引起保護(hù)裝置誤動(dòng)，造成斷路器誤跳閘，引發(fā)設(shè)備非計(jì)劃停運(yùn)事件，造成嚴(yán)重的負(fù)荷損失以及其他嚴(yán)重后果。

110kV 干式電流互感器作為目前變電站的主要設(shè)備之一，其中絕緣性能是其最重要的電氣性能參數(shù)之一，然而因其設(shè)計(jì)上存在的缺陷，當(dāng)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到6年后，其二次回路的絕緣性能常常降低至無法滿足運(yùn)行的需求。目前市場(chǎng)上的主流110kV干式電流互感器二次接線盒的外觀形態(tài)結(jié)構(gòu)多如圖1所示。

圖1 常規(guī)110kV 干式電流互感器外觀

110kV 干式電流互感器的二次接線盒內(nèi)安裝有環(huán)氧樹脂材質(zhì)的二次接線板，在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中已多次發(fā)生二次接線板受潮后絕緣降低的情況。而目前的主流110kV 干式電流互感器二次接線盒密封性僅依賴于盒蓋與盒體的尺寸配合，甚至無密封膠圈,且內(nèi)部無加熱驅(qū)潮裝置，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后二次接線板常因受潮導(dǎo)致絕緣性能無法滿足技術(shù)要求，此時(shí)則需更換整塊二次接線板，并進(jìn)行相關(guān)電氣試驗(yàn)與啟動(dòng)測(cè)試，經(jīng)濟(jì)性與時(shí)效性較差。

本文將介紹一種新型防雨罩，在不改變電流互感器原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，安裝于二次接線盒外部，阻擋雨水直接接觸二次接線盒，防止因盒蓋密封不良導(dǎo)致進(jìn)水。同時(shí)，以太陽能為能源，在二次接線盒蓋外部安裝上加熱器，在不需改動(dòng)設(shè)備原有接線的情況下，實(shí)現(xiàn)持續(xù)性的加熱驅(qū)潮，進(jìn)而大幅降低二次接線板受潮的可能。

1 除濕防雨罩的結(jié)構(gòu)

該新型除濕防雨罩的結(jié)構(gòu)如下：

主體材料：使用輕質(zhì)鋁合金打造防雨罩的主體部分并附加防銹涂層，既保證防雨罩的主體機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)能有效防銹抗氧化，降低產(chǎn)品重量。

主體固定方式：傳統(tǒng)的110kV 干式電流互感器的二次接線盒蓋為兩側(cè)螺絲固定，所述防雨罩的兩側(cè)設(shè)有與原有固定螺絲配合使用的固定耳，安裝時(shí)將防雨罩套在盒蓋外部，將固定耳的槽孔與二次接線盒原有的螺絲安裝孔對(duì)齊后，將螺絲擰緊，即可同時(shí)固定防雨罩與盒蓋。同時(shí)，因防雨罩的重心位于前部，安裝后為防止其前傾，在固定耳的槽孔中心線向前延伸7mm 處設(shè)置兩個(gè)支撐腳支撐在盒蓋上。

加熱器固定方式：在防雨罩主體朝向二次接線盒的一面設(shè)置兩根可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的壓緊螺桿，螺桿中部焊接螺母以便于用扳手?jǐn)Q緊，螺桿頭部設(shè)置腳墊，在防雨罩主體安裝完成后，伸長(zhǎng)壓緊螺桿將加熱器壓在二次接線盒蓋上。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：主體外殼的安裝搭接部分設(shè)計(jì)為有1～2°的傾斜角，用于將雨水流走防止積水。防雨罩的主體部分為盒狀，將太陽能電池板設(shè)置與防雨罩的外表面[1]，其電源線通過一小孔來到防雨罩內(nèi)部，將太陽能供電加熱系統(tǒng)所需的：交流系統(tǒng)，則為控制逆變一體機(jī)、蓄電池、空氣開關(guān)、溫濕度檢測(cè)及控制器、自用加熱器，直流系統(tǒng)，則為溫濕度控制器、蓄電池、開關(guān)、太陽能控制器，均安裝在防雨罩內(nèi)部[2]，外用加熱器電源線則通過孔洞引出。所有孔洞均使用玻璃膠進(jìn)行封堵。防雨罩主體下部為可向側(cè)方滑開的滑蓋，蓋上后防雨罩即形成一封閉的整體，防止運(yùn)行過程中外物入侵防雨罩內(nèi)部，若需檢修防雨罩內(nèi)部元器件，則將滑蓋朝側(cè)方滑開，即可直接目視并接觸到防雨罩的內(nèi)部元器件。

圖2 防雨罩結(jié)構(gòu)及安裝使用示意圖

2 除濕防雨罩的工作原理

本防雨罩安裝在110kV 干式電流互感器二次接線盒上方，將二次接線盒整體籠罩，可有效防止雨水淋濕二次接線盒，進(jìn)而防止因密封不良導(dǎo)致的進(jìn)水。另外，為防止潮氣入侵，本防雨罩采用太陽能供電的加熱器進(jìn)行加熱驅(qū)潮。若使用交流系統(tǒng)，則首先太陽能電池板吸收太陽能后生成24V 電壓輸入至控制逆變一體機(jī)，經(jīng)逆變后輸出AC220V 電壓至空氣開關(guān)及蓄電池，可同時(shí)給蓄電池充電及給加熱回路供電。

若使用直流系統(tǒng)，則為太陽能電池板吸收太陽能后生成24V 直流電壓輸入至太陽能控制器，經(jīng)其控制后分別給直流溫濕度控制器及蓄電池供電，同步供電至直流加熱器。這樣，當(dāng)天氣轉(zhuǎn)陰太陽能供給不足時(shí)，將轉(zhuǎn)由蓄電池供電，天氣晴朗后又再次向蓄電池充電，進(jìn)而形成良性循環(huán)[3]。

產(chǎn)品的設(shè)計(jì)為，在無外部能源補(bǔ)充的前提下，單靠蓄電池可為加熱器提高10小時(shí)的續(xù)航，能夠有效保證在夜晚氣溫下降，濕度上升期間的持續(xù)加熱驅(qū)潮。蓄電池電壓經(jīng)空氣開關(guān)后進(jìn)入到溫濕度檢測(cè)及控制器，其自帶的傳感器可檢測(cè)外部環(huán)境的溫度與濕度，當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定值或濕度高于設(shè)定值時(shí)，溫濕度檢測(cè)及控制器內(nèi)部節(jié)點(diǎn)將導(dǎo)通，進(jìn)而將電壓輸送至加熱器開始加熱驅(qū)潮，其中外加熱器用于給電流互感器的二次接線盒驅(qū)潮，自用加熱器用于給防雨罩自身驅(qū)潮。

持續(xù)加熱使得溫度上升或濕度下降至設(shè)定值后，溫濕度檢測(cè)及控制器內(nèi)部節(jié)點(diǎn)將關(guān)閉斷電，加熱器即停止加熱[4]，由此保證了加熱器僅在必要時(shí)進(jìn)行加熱，既能防止過度加熱燒壞元器件，也能大幅降低蓄電池消耗，提高蓄電池壽命與續(xù)航時(shí)間。

若需將防雨罩拆下進(jìn)行檢修維護(hù)，則首先松開加熱器固定螺桿，取下加熱器放置于螺桿上方，再用螺絲刀松開電流互感器二次接線盒兩側(cè)的盒蓋固定螺絲，使防雨罩兩側(cè)固定耳與螺絲分離，即可將防雨罩整體取出，放落至地面。之后打開防雨罩下方盒蓋，斷開防雨罩內(nèi)部的加熱回路電源空氣開關(guān)，防止加熱器誤燙傷作業(yè)人員，之后即可對(duì)防雨罩內(nèi)部各元器件進(jìn)行檢修維護(hù)。整個(gè)拆卸過程可在1分鐘內(nèi)完成。

圖3 防雨罩外部結(jié)構(gòu)

圖4 防雨罩內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3 除濕防雨罩的用途

3.1 防水功能

傳統(tǒng)的110kV 干式電流互感器的二次接線盒為側(cè)面套裝結(jié)構(gòu)，將二次接線盒蓋從側(cè)面套在二次接線盒開口處后，在左右各設(shè)置有一顆固定螺絲，用于防止盒蓋脫落。然后固定螺絲并無壓緊密封功能，盒蓋內(nèi)側(cè)也未設(shè)置有密封膠圈，當(dāng)遇到雨水積聚于二次接線盒上表面且盒蓋變形無法與電流互感器外殼緊密配合時(shí)，積聚的雨水將滲透至二次接線盒內(nèi)，進(jìn)而導(dǎo)致二次環(huán)氧樹脂接線板受潮。而此新型除濕防雨罩能夠在不改變電流互感器原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，安裝于電流互感器二次接線盒外部，將二次接線盒完全籠罩，能夠完全防止雨水直淋二次接線盒，進(jìn)而杜絕進(jìn)水可能。

3.2 驅(qū)潮功能

除了直接進(jìn)水導(dǎo)致的二次接線板受潮，在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，陰雨、潮濕天氣等使得空氣中的濕度大幅上升，再加上電流互感器二次接線盒密封不良、二次進(jìn)線密封防火泥脫落等原因，導(dǎo)致二次接線板逐漸被潮氣侵蝕，絕緣性能逐漸下降。而根據(jù)電氣設(shè)備緊湊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)原則，目前變電站內(nèi)110kV 干式電流互感器的二次接線盒內(nèi)部空間均設(shè)計(jì)得極為緊湊，二次接線端子與盒蓋、殼體間距離僅10～20mm，已無法額外容納加熱器與溫濕度控制器，故110kV 干式電流互感器二次接線盒內(nèi)始終不具備加熱驅(qū)潮功能。

本防雨罩則在防雨的同時(shí)還具備了外置加熱驅(qū)潮功能。通過設(shè)置兩道頂桿螺絲將加熱器壓緊貼附于電流互感器二次接線盒蓋上，并開創(chuàng)新地通過太陽能變電與供電系統(tǒng)為加熱器提供電源，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了無線供電，即無需在電流互感器上新增電源線路即可實(shí)現(xiàn)加熱器的持續(xù)供電加熱驅(qū)潮，進(jìn)而有效防止電流互感器二次接線板在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中因水汽滲透受潮導(dǎo)致的絕緣下降。

4 結(jié)語

絕緣性能是電力設(shè)備最重要的性能參數(shù)，而受潮則是絕緣降低最主要的原因，故對(duì)電力設(shè)備加熱驅(qū)潮技術(shù)的研究有著重大的意義。目前該除濕防雨罩仍存在體積偏大、重量偏大等缺點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)的改進(jìn)優(yōu)化仍需要進(jìn)一步的研究。