独立式电子式电流互感器绝缘结构设计

文／平高集团有限公司 刘易雄 刘恩歌

1 引言

电流互感器是电力系统的重要设备。目前，在电力系统中输电线路电压等级比较低的情况下，电磁式电流互感器采用空气绝缘的方式。随着电压等级的提高，电磁式电压互感器采用了油纸绝缘和气体绝缘的方式。在超高压电网中，电流互感器又采用串级绝缘的办法。随着电压等级的不断提高，电磁式电流互感器在制造上面临着绝缘结构难以满足运行要求的难题。

而与传统的电磁感应原理互感器相比，电子式互感器因具有优良的绝缘性能，制造成本低；可不含铁心，消除磁饱和、铁磁谐振等问题；抗电磁干扰性能好，低压侧无开路高压的危险；动态范围大，测量精度高；频率响应范围宽；可无油、无气，不存在易燃、易爆的问题；体积小、重量轻等一系列优点，成为未来互感器发展的方向，并适应了电力计量与保护数字化、微机化和自动化发展的潮流[1]。

2 独立式电子式电流互感器绝缘结构设计

独立式电子式电流互感器的设计思路是在高压端利用一次电流传感器测量大电流信号，经一次转换器处理后传输到低压端，再经低压端二次转换器处理，其输出信号可作为测量信号或接二次保护设备。如何将位于高压端的一次转换器输出信号传递到低压端是电子式电流互感器设计的重点[2]。独立式电子式电流互感器的结构如图1所示。

光纤具有良好的绝缘性能，利用光纤作为高压端和低压端的信号传输媒质，具有绝缘简单、造价低、技术成熟等优点。在高压端将电信号转换为光信号，通过光纤传输信号，在低压端再将光信号转换成电信号，并进行信号处理。

图1 独立式电子式电流互感器结构图

3 光纤绝缘子的几种实现形式

光纤信号传输系统从一次高压侧穿入复合套管中至二次低压侧。光纤复合高压套管的制作即考虑外绝缘，也要考虑内绝缘。外绝缘由硅橡胶外套实现，内绝缘通常通过充绝缘油、SF6气体等绝缘介质来实现。如图2所示。

该种光纤绝缘子由于含有油或气，从而出现了渗漏的可能性，降低了产品运行的可靠性，无法发挥电子式互感器绝缘结构简单这一优势。且信号传输用光纤跳线需剥露成裸光纤预先埋入刻有螺旋槽的绝缘棒中，裸光纤容易损坏，造成成品率不高。

如图3所示，该种光纤绝缘子为实心棒形绝缘子，首先将环氧玻璃纤维材质芯棒刻槽，槽的尺寸与光纤数量及相关加工有关。然后将光纤置入槽中，然后将处理光纤置入槽中并浇注室温胶，选用室温胶是为了避免损坏光纤；接着将浇装后的芯棒进行整体伞群浇注；浇注后进行绝缘子法兰的安装，两端法兰安装完毕后，即完成光纤绝缘子的制作。但信号传输用光纤跳线需剥露成裸光纤预先埋入芯棒中，裸光纤容易损坏，成品率也不高。

图2 光纤绝缘子结构形式一

图3 光纤绝缘子结构形式二

图4 光纤绝缘子结构形式三

如图4，此种光纤绝缘子的结构主要由玻璃丝缠绕管、硅橡胶外套和金属法兰组成:由真空浸渍环氧玻璃纤维制作的能承受负荷的绝缘管，以有机硅橡胶制作的护套直接高温压注成型压接到绝缘管上，再将有机硅橡胶制作的外套(伞裙)安装在护套上的端部法兰。再把压制好的内伞群通过浇装剂一个个依次粘接在复合高压套管内壁；传输信号用光纤跳线穿入螺旋状的光纤骨架中，套管两端用绝缘盖板进行密封。采用此方法后，光纤跳线无需剥成裸光纤，直接带有保护层进行制作，成品率高。采用内伞群粘接工艺及光纤跳线穿入螺旋状的光纤骨架中，增加了爬电距离，绝缘盖板防止外部污秽进入，保证了内部绝缘可靠；内部不需充其他绝缘介质，减轻了产品重量，节约材料，即经济又环保。但光纤骨架材料属于高分子材料，老化变形后弹性下降，并造成爬电距离发生改变。另外，此种方法制作过程复杂，劳动生产率不高。

如图5，此种光纤绝缘子外绝缘结构与图4相同，传输信号用光纤跳线呈螺旋状穿入内部固定的玻璃丝筒孔中，保证爬电距离。玻璃丝筒由绝缘棒进行端部支撑，套管法兰加装缓冲材料进行底部支撑。套管内部充入室温硅橡胶作为绝缘介质，经固化后成型。

图5 光纤绝缘子结构形式四

此种方法既保证了绝缘的可靠性，也提高了成品率，且生产制作简单，为现行的最优方案。

4 总结

本文分析了独立电子式电流互感器的绝缘结构设计特点，探讨了光纤绝缘子的几种实现形式，以满足光纤信号传输的绝缘要求。

[1]王少奎.电子式电流互感器的发展现状和研制难点［J］.变压器，2003，5，20-25.

[2]申烛，王士敏，罗承沐.一种电子式电流互感器的研制［J］.电力系统自动化，2002，4，1-4.