110～1 100 kV GIS常用电流互感器的结构及应用

龚立群，佟贵新，郎福成

(1．沈阳世意电器制造有限公司，辽宁 沈阳 110027;2．国家大容量第一计量站，辽宁 抚顺 113112;3．辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006)

GIS与常规敞开式变电站相比，具有结构紧凑、占地面积小、可靠性高、配置灵活、安装方便、安全性强、环境适应能力强、维护工作量小等优点［1］。GIS不仅在高压、超高压领域被广泛应用，而且在特高压领域也被使用［2－3］。

目前，GIS普遍采用传统电磁式套管型 (即一次为单匝结构)电流互感器。由于各厂家GIS结构设计及TA应用场合不同，GIS所用电流互感器(TA)结构也有所差异。通过多年发展，GIS向小型化、模块化、智能化发展［4－11］，微电子技术、光纤传感技术及光纤通信技术的发展推动了电子式互感器发展［12－18］，GIS用TA的原理及结构也发生了质的变化。按传统TA外绝缘形式的不同可分为绑扎式、环氧浇注式，环氧浇注式又可分为单线圈环氧浇注式、多线圈组合半浇注式、多线圈组合全浇注式等结构形式 (如图1所示)。GIS用电子式电流互感器结构形式主要为多线圈组合式及电子式电流、电压组合式2种。

图1 GIS用TA结构形式

1 绑扎式TA

绑扎式TA即TA的外绝缘采用绝缘带绑扎，根据所选的外绝缘材料可分为聚脂薄膜式与环氧粘带式。

1.1 聚脂薄膜式

采用聚脂薄膜带绑扎的TA主要用于110～550 kV GIS的TA舱内，其环境介质为SF6气体，不同厂家采用不同风格的聚脂薄膜，薄膜的外观主要分为聚脂薄膜 (透明)(如图2(a)所示)、聚脂薄膜 (白色)(如图2(b)所示)和点胶聚脂薄膜(如图2(c)所示)。聚脂薄膜式产品外观轻巧、整洁。

图2 110～550 kV GIS用聚脂薄膜绑扎式电流互感器

1.2 环氧粘带

TA外绝缘采用环氧稀纬绑扎带 (此粘带是经过特殊处理的无碱玻璃纤维织成稀纬带后，浸渍环氧树脂混合胶，经烘焙至半干的状态而成)，环氧稀纬绑扎带绑扎后经高温处理，表面致密、坚硬，使整个线圈固化形成一个整体，机械强度较薄膜好，不易受潮 (如图3所示)。由于环氧粘带含有玻璃纤维，因此，此类产品不能用在SF6气体中，主要用于550～1 100 kV GIS敞开式断路器中，工作介质为空气。

图3 550～1 100 kV GIS用环氧粘带绑扎式电流互感器

2 环氧浇注式TA

环氧浇注式TA外绝缘采用环氧树脂混合胶浇注而成，具有表面光滑平整、防潮、机械强度高的特点。环氧浇注式与绑扎式TA特点如表1所示。

表1 环氧浇注式与绑扎式TA特点

由表1可以看出，环氧浇注式较绑扎式外观性能优点突出，但生产周期长，成本高，且受模具限制 (一种尺寸对应一种模具)。

2.1 单线圈浇注式

单线圈浇注式是单只互感器线圈进行浇注，如图4所示。

图4 GIS用环氧浇注式TA

2.2 组合半浇注式

TA常规安装方式是将TA套进筒后，线圈的内侧用撑条或胶皮将其与筒固定 (如图5所示)。

图5 传统TA安装方式

近年来，随着技术进步与设计理念的转变，GIS用TA的设计逐渐向模块化发展。

多线圈组合半浇注式TA是将一相或三相TA用环氧浇注方法将其胶装在屏蔽筒上，使之成为一个整体，便于整体模块化装配，由于TA并没有被树脂完全封闭，因此称之为半浇注。对于110 kV TA通常采用三相共箱半浇注模式 (如图6所示)。220 kV及以上GIS则采用单相半浇注模式 (如图7所示)。

2.3 多线圈组合全浇注式

多线圈组合全浇注式TA是将一组TA线圈放到一个屏蔽盒中，TA端子由端子面板引出，然后用环氧树脂将其灌封，罐封后成一个整体模块，便于安装 (如图8所示)。该产品主要应用于敞开式110～220 kV GIS中。

图6 110 kV三相共箱多线圈组合式半浇注TA

3 电子式互感器

随着电子工业的发展与智能电网概念的提出，电子式互感器技术日趋成熟，为GIS用TA带来巨大的变革。根据原理可分为低功率线圈、空心线圈(Rogowski线圈)、全光纤式TA。

3.1 低功率线圈TA

低功率线圈实际上是一种具有低功率输出特性的电磁式电流互感器，在IEC标准中，被列为电子式电流互感器的一种实现形式，代表电磁式电流互感器的一个发展方向，具有广阔的应用前景。

3.2 Rogowski线圈

与带铁心的传统互感器相比，Rogowski线圈传感器具有以下优点:测量范围广、精度高;稳定可靠，同时具有测量和继电保护功能;响应频带宽;体积小、重量轻、安全且符合环保要求;易于实现微机化、网络化。

3.3 全光纤式TA

全光纤式TA是基于法拉第磁光效应而发展的新型电子式互感器，因为采用光纤作为传感介质，因此在绝缘性、抗电磁干扰性、可靠性等方面比传统的电磁式电流互感器有很大的优势，且不含有交流线圈，不存在开路危险。

GIS用电子式电流互感器的结构是将传感器装在屏蔽盒中，主要结构形式有组合式电子式电流互感器 (如图9(a))和电子式电流、电压组合式互感器 (如图9(b))。电子式电流互感器的结构与传统电磁式互感器相比具有体积更小、重量更轻、结构更简单的特点。

图9 电子式电流互感器

4 结束语

传统电磁式电流互感器的测量动态范围小，在故障电流作用下易出现磁饱和现象，并随电压等级的提高，其制作成本、体积和重量均大幅增加，传统电磁式互感器不利于GIS整体尺寸的缩小及制造工艺的简化，随着电力系统自动化水平的不断提高，智能型GIS已开始投入实际运行，并逐步替代传统一、二次分离的GIS。智能型GIS中，对高电压、电流信号的采集采用的是电子式电压、电流互感器，随着电子式互感器技术的发展和不断完善，必将给GIS带来崭新的未来。

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