220kV GIS用罐式电容式电压互感器设计

技术与市场　２０１５年第２２卷第２期　技术研发　２２０　ｋＶ　ＧＩＳ用罐式电容式电压互感器设计　陈奕嘉，岳光华　（平高集团有限公司，河南平顶山４６７００１）　摘要：目前２２０　ｋＶ　ＧＩＳ用电压互感器大多采用电磁式电压互感器，其制造难度大、成本高，产品运行时容易和电网发生　铁磁谐振，耐受雷电冲击电压和操作过电压能力差。本设计是一种全新结构形式的电容式电压互感器，由密封罐体、高　压电极、中压电极、出线套管和电磁单元组成，高压电极、中压电极密封在罐体内，采用ＳＦ６气体绝缘，电磁单元外挂。解　决了２２０　ｋＶ　ＧＩＳ用电压互感器一次绕组暂态过电压分布不均匀引起的绝缘性能欠佳、电网发生铁磁谐振的危险和制造　工艺难等问题。　关键词：罐式电容式电压互感器；ＳＦ６气体绝缘；铁磁谐振；密封罐体　．ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５５４．２０１５．０２．０４３　１概述　电压互感器目前基本上有电磁式电压互感器（ＴＶ）、电容　式电压互感器（ＣＶＴ）及电子式电压互感器（ＥＶＴ）三种。其中　电磁式电压互感器采用传统式设计，一二次绕组均匀缠绕在　铁芯上，置于密封壳体内，采用ＳＦ６气体绝缘，目前国内　２２０ｋＶ　ＧＩＳ大多采用该类型电压互感器。该结构制造难度　大，成本高，且随着电压等级的提高，体积、重量及制造工艺成　倍增加，绝缘性能难以满足。电容式电压互感器由电容分压　器和电磁单元组成，电容分压器将一次电压分压，为电磁单元　的中间变压器提供原边电压，电磁单元置于密封箱体内，采用　变压器油作为绝缘介质，具有绝缘强度高、不会与系统发生铁　磁谐振、高电压下价格较低等优点。但是，如果在ＧＩＳ中装入　油浸式电压互感器，不仅电场分布不均，而且由于绝缘油的缘　故，不同介质面的密封及电场不易处理，且容易污染ＧＩＳ罐　图１　２２０　ｋＶ　ＧＩＳ用罐式ＣＶＴ结构图　３工作原理　从原理上说，２２０　ｋＶ　ＧＩＳ用罐式ＣＶＴ由电容分压器和电磁　单元组成，如图２所示。　体，也不能充分利用ＳＦ６气体，只能在均匀电场或稍不均匀电　场中使用的优良特性，所以ＣＶＴ目前仅适用于敞开式电站　中。电子式电压互感器的实用性研究从未间断过，但是由于　光电式传感器制造工艺还不能达到比较好的应用效果，加之　光学元器件本身长期运行的性能稳定性和可靠性问题以及其　…一　（．．斗∈　厂—　ｌａ　：。ｌ　。　。　Ｉ。２ｎ　（＿——Ｌ　（＿—　３ｎ　ｄａ　本身在运行过程中易受温度、振动等外界因素的干扰，使得　ＥＶＴ暂时难以推广应用。　本文针对目前２２０　ｋＶ　ＧＩＳ用电压互感器的局限性，提出一　种全新结构设计的电压互感器——２２０　ｋＶ　ＧＩＳ用罐式ＣＶＴ。　２　２２０　ｋＶ　ＧＩＳ用罐式Ｃ、／＿ｒ结构　２２０　ｋＶ　ＧＩＳ用罐式ＣＶＴ主要由ＧＩＳ母线筒（项１）、绝缘支　…；Ｚ　９；　———　—ｆ＿ｏ　ｄｎ　．．．Ｊ　图２　２２０　ｋＶ　ＧＩＳ用罐式ＣＶＴ原理电路　电容分压器包括高压电容ｃｌ（主电容器）和与之串联的中　压电容Ｃ２（分压电容器）。一次接线端与地之间的电压为高压　ｕ１，中压接线端与地之间的电压为中间电压ｕ２，电磁单元的一　次侧接电压ｕ２　。　电磁单元由互感器Ｔ和电抗器Ｌ组成，将中压电压Ｕ２降　低到所需的二次电压值。由于分压电容上的电压随负荷变化　而变化，因此在分压回路中串联一个电感Ｌ以补偿电容的内阻　抗，可使电压稳定。同时因为二次回路电压低、电流大，阻抗电　压将影响其标准度，所以电容分压器的输出端不能与测量仪表　直接相连，而要经过电磁式中压变压器降压后再接测量仪表。　火花间隙ｇ用来限制补偿电抗器、电磁部分与分压器之间可能　出现的高电压，阻尼电阻ＺＢ１、ＺＢ２用来防止持续的铁磁谐振　。　（下转第９１页）　撑件（项２）、中压电极（项３）、ＧＩＳ高压母线（项４）、梅花触头　（项５）、盆式绝缘子（项６）、充气接头（项７）、电磁单元（项８）、　出线套管（项９）、小阻值感抗（项１０）、防爆装置（项１１）组成　（见图１）。　其中，ＧＩＳ高压母线与中压电极形成高压臂电容Ｃ１，中压　电极与ＧＩＳ母线筒形成中压臂电容ｃ２，中压电极及ＧＩＳ母线　筒均为同轴圆柱形结构，　绝缘支撑件固定，确保内部形成同　轴均匀电场；梅花触头与盆式绝缘子连接，用于ＧＩＳ母线筒的　密封隔离及高压电极的连通；中压电极的引出线串联小阻值感　抗后与电磁单元连接，小阻值感抗安装在出线套管内，电磁单　元外挂在ＧＩＳ母线筒外　。　技术与市场　２０１５年第２２卷第２期　２．２测控软件系统　技术研发　邑液换向阀组　液　推进压力　压　——・．［＝卜———・　继　冲　冲击压力　电　机　活塞速度　端　多　功　能　口　测控软件系统主要包括以下几个方面的内容：程序、初始　计　机　化文件、文档、格式文本等多个方面。程序主要是采取面向对　象技术展开的分析、编程以及设计。程序主要的对象包括硬件　ｌ高速开关阀组卜　击　－－—・．亡＝卜———－　器　接　算　支．大驱动电路Ｉ　１　ｆ　械系　ｆ　—・．［　＝作卜流—－量　子　卡　统　—－・＿亡＝卜＿—．－　板　接口对象、信息管理对象以及测试液压冲击机械设备对象。初　始化文件的主要作用是存储硬件系统以及软件系统的全局性　的数据信息。主要有中断号、接口卡地址、通道系数等多种硬　件的参数。文档则是包括基本的用户手册、测试技术的条件、　程序说明书等，文档是保证软件开发不断的实现规范化以及工　程化的重要组成部分。格式文本主要有检测检查的文档模板　－＿＿——　＿——　＿一　图２液压冲击微机测控系统组成　２．１测控硬件系统　测控硬件系统组要由５８６微机系统、带变送器的各种各样　以及提示信息等。　３结语　的传感器以及通用型的数据采集板、可程控的信号放大器、继　电器端子板组成。液压冲击系统中开关量控制具有非常多的　特点，我们挑选出ＰＣＬ６３１３多功能接口卡来做例子，这种类型　有机地结合检测技术、计算机控制、液压控制系统就可以　得到一个液压冲击测控系统，这个测控系统在根本上解决了传　统测试系统的缺陷。这个有效的测控系统可以实时性地监控　液压冲击机械系统相关的参数，并且巡回跟踪和检测液压冲击　的多功能接口卡具有基于ＩＳＡ总线的二十四路Ｄ／Ｏ数字输出　输入接口，二路十二位的ＡＶＤ输出，三十二路十二位的Ａ／Ｄ输　人以及三路十六位的计数器／定时器。与此同时，还研制了信　号驱动放大电路板，这样可以满足控制液压泵电机、高速开关　机械设备各项性能参数　。除此之外，液压冲击测控系统还具　有非常好的通用性，只需要稍微地改动就可以让这项测控系统　适合其他设备的测试。所以，液压冲击测控系统具有很强的推　广意义。　参考文献：　［１］　周静安．新型液压冲击机械的工作原理与控制方案设计　电磁阀以及其他的电液换向阀的要求，最后实现在不同的工作　情况下，有效控制液压冲击机械系统。液压泵电机的停止和启　动，以及电液换向阀的工作或者转换，都通过ＰＣＬ６３１３接口卡　的开关量Ｉ／０口去有效地控制继电器。ＰＣＬ６３１３卡的Ｄ／Ｏ口　Ｄ／Ｏ经放大驱动电路可以实现高速开关电磁阀等元件对脉冲　宽度控制的需要。速度、压力、流量信号的相连是通过各自的　传感器接上ＰＣＩＡ５３１３接口卡的模拟量Ｉ／０来实现的。Ａ／Ｄ转　换器和多路模拟开关巡回性地采集数据，再将这些采集来的数　据直接传送到微机内存中。　（上接第８９页）　４设计参数　分析［Ｊ］．科技信息，２０１１，１０（３）：６２１—６２２．　［２］　王雪，龚进，邹湘伏，等．液压冲击机械的发展概况［Ｊ］．　液压与气动，２０１０，５（１１）：３２４—３２５．　［３］　刘忠，龙国键，褚福磊，等．国内外液压冲击机械的发展研　究［Ｊ］．建筑机械，２０１０，５（７）：１０２—１０３．　制造工艺简单，绝缘性能远远高于传统油浸式ＣＶＴ。　２）２２０　ｋＶ　ＧＩＳ用罐式ＣＶＴ的电容分压器输出端采用了特　本结构罐式ＣＶＴ设计二次绕组为４个，具体参数如下：　海拔高度：不超过１　０００　ｍ　环境温度：一２５℃～＋４０℃　变比：２２０／Ｎ／３／０．１、／３／０．１Ｖ３／ｏ．１ｘ／３／ｏ．１ｋＶ　殊结构的小电感线圈，可以减小高压ＧＩＳ中产生的ＶＦＴＯ（快速　暂态过电压）对二次系统的危害。　３）２２０ｋＶ　ＧＩＳ用罐式ＣＶＴ不受邻近效应的影响，其电容分　压器电容量可以选择的－／ｔ￣ｄ，，等值回路储能远低于柱式ＣＶＴ，　有助于降低ＣＶＴ内部发生铁磁谐振的范围和概率。　４）电容分压器可兼作耦合电容器供高频载波通信用，节省　安装面积和费用。　ｒ　级次组合：０．２／０．５（３Ｐ）／０．５（３Ｐ）／３Ｐ　额定二次总输出：１００～４００ＶＡ，额定同时总输出可在各主　二次绕组间任意分配；　功率因数：ｃｏｓ　＝０．８或１　电磁单元中压回路电压　：Ｕ　＝Ｕ　ｌＪ一十ＩＪ２　×Ｋ　５）可以直接与２２０　ｋＶ　ＧＩＳ对接，整个产品没有任何液体　介质，避免了不同介质面的密封及电场处理，不会污染ＧＩＳ罐　体，实现了真正意义上的无油化。　式中：Ｕ　一互感器高压端子和接地端子间的电压；　６）难燃、防爆性能好，ＳＦ６气体具有不燃性，设置有过压力　保护装置，使产品的安全可靠性得以保证。　参考文献：　Ｃ。、Ｃ　一分别为电容：兮压器的高压电容和中压电容；　电压分布不均匀系数，可取１．０５。　电磁单元中压回路的接地端子与地之间，二次绕组的端子　［１］　国网武汉高压研究院．罐式电容式电压互感器：中国，　ＣＮ２００６１００２０００３．７［Ｐ］．２００７—０２—１４．　［２］　蔺跃宏，朱朝昕．ＳＦ６气体绝缘电容式电压互感器研制　『Ｊ］．电力电容器．２００３：１—２．　对地及其相互之间的绝缘应能承受工频３　ｋＶ（方均根值）的试　验电压，历时１　ｍｉｎ。电容分压器的低压端子对地绝缘应能承　受工频１０　ｋＶ（方均根值）的试验电压，历时１　ｍｉｎ。　电抗器绕组的端子之间的绝缘水平及其保护器件的放电　『３］　王晓琪，叶国雄，郭克勤．１０００　ｋＶ柱式电容式电压互感　电压，应与在二次侧短路和开断等过程中电抗器上可能出现的　最大过电压水平相适应　。　５结语　器的设计要点及检测［Ｇ］／／中国电机工程学会高压专委　会学术论文集．２００７：５１—５４．　『４］　翟同乐，何磊．７５０　ｋＶ电容式电压互感器的结构原理及　１）本文介绍的２２０　ｋＶ　ＧＩＳ用罐式ＣＶＴ是一种全新结构，　使用注意事项［Ｊ］．高压电器．２００９，３（５）：５１—８３．　９１