电流互感器绕包及真空浸渍工艺研究

王增文，黄楚秋，林 峰，王 义，唐旺先，欧庆雄，侯光涛，沈程炼

（桂林电力电容器有限责任公司，广西 桂林 541004）

0 引言

中国能源行业快速发展，已成为全球最大的能源生产国、消费国，当前电网建设是我国经济社会发展的投资重点。高压互感器作为电网建设不可或缺的关键设备之一，用于高压、超高压、特高压的电力系统中，为电气测量仪器仪表和控制装置、电能计量、继电保护等传递信息，担负着“提供电压信号、通讯信号”和“提供电流信号”作用[1-2]，CT 的介损和局放不合格，还将导致产品爆炸。因此，研发CT 的关键技术是一二次绕组的绕包工艺和真空浸渍工艺，本研究重点探讨110 kV 电流互感器的一次导体的绕制和浸渍制造工艺。

1 CT 的一次绕组的绕包工艺研究

CT 的工艺制造过程主要包括：生产清洁周期操作、一次绕组绝缘绕包、装配、油处理、真空浸渍、热烘试漏、油漆包装等，其中一次绕组的绕包、软连接及装配工艺和真空浸渍工艺是本节论述的关键技术。

1.1 CT 的一次绕组的绕包

CT 一次绕组主绝缘结构为复杂的几何形状，由圆环部分和直线部位构成，因圆环部分的绝缘采用手工绕包，手工绕包的分散性，会给各层主屏厚薄带来不均匀，直接影响绝缘性能。通过研究发现，圆环部分主屏用半导电皱纹纸绕制，绝缘层采用电缆纸和皱纹纸交替绕包，并在圆环外围和几何形状过渡三角死区，采用开花电缆纸衬垫，可以保证各部位的绝缘强度，也减小手工绕包带来的影响。

一次绕组的绕包制作中，绕包机纸盘机构经常摇摆震动，不能有效储纸、送纸，直接影响绕包质量和效率。通过研究发现，绕包过程的震动，是因为挡板与纸盘间间隙过大有关，因此，设计了专用纸盘机构，减小纸盘架的两块挡板与电缆纸盘间的间隙，就能减少摇摆震动，还提高了纸盘架送纸到机头存纸架之间的张力，使得存纸轮上的纸带绕得更加紧实，保证了绕包绝缘的松紧度；同时在纸盘机上加装储送纸锁定刹车片，使绕包机包纸轮接近储满纸时，绕包机自动切断纸带，保证纸带不再继续储纸，纸盘架上的压板压住纸带不再继续送纸，解决了纸盘架有效储纸、送纸问题，保证了绕包的质量。

通过对绕包机纸盘机构的专用设计，减少了绕包震动，增加了锁定功能（图1），装纸简单方便，提高了绕包质量和效率。

图1 纸盘机构

1.2 一次导体软连接焊接与装配

产品的整体装配主要包含器身装配、一次出线装配、二次出线装配。一次绕组绝缘的一次导体直径大、壁厚，装配二次绕组以后难以收拢一次绕组绝缘的两条腿，为此，设计了一次绕组收紧器，通过旋转收紧器螺杆，可以轻松收拢一次绕组绝缘，从而确保了器身的顺利装配。

2 CT 真空浸渍工艺和参数设定

CT 挂网运行后，发生介损回升、绝缘减弱，可能导致产品爆炸，为避免此类事故的发生，使介损、局放满足标准要求，除选用优质的电缆纸或皱纹纸外，绝缘的CT 真空浸渍工艺非常重要[3]。

CT 真空浸渍包括：加热阶段、抽真空阶段、高I阶段、充氮冷却阶段、高Ⅱ阶段、真空注油浸渍阶段[4]和破空浸渍阶段。最终需要试验验证，使产品局部放电小于5pC，介质损耗小于0.5%，满足国标GB /T 20840 的要求[1-2]。

2.1 工艺研究

在CT 产品干燥、真空浸渍、注油工艺研究过程中，真空浸渍工艺的空间温度、真空度、处理时间等是CT 制造的关键技术指标。为了将芯子绝缘层的水分、气体抽干，油充分浸透芯子，需要经过加热、抽真空、氮气破空、二次抽真空、氮气破空、高真空、真空注油、真空浸渍、破空出罐等反复4～6 个来回的对比研究。

确定合适的CT 真空浸渍工艺参数，是制造CT的关键难题之一，为此，研制十多台CT 试品，采用先进的单抽单注工艺，在其抽真空浸渍过程中，通过在线监测系统，对过程中的介质损耗和电容进行实时监测，并通过试验数据对比，确定最好的真空浸渍工艺参数。其中第一阶段选4 台110 kV CT 试品，分别命名为A B C D，按4 个方案进行浸渍过程和参数研究及损耗测试，工艺过程及测试结果，见表1、2、3、4。

表1 A 产品的真空浸渍工艺及损耗测试结果

表2 B 产品的真空浸渍工艺

表3 C 产品的真空浸渍工艺（包括第一、二次真空浸渍和除油处理工艺）

表4 D 产品的真空浸渍工艺

（2）试验数据对比

为了进一步验证一次绕组中不增加加压工艺，又试制了3 台试品E、F、G，按（4）点的工艺参数进行真空浸渍处理，第一阶段试品与第二阶段试品的介损试验数据对比看，都满足国标GB/T 20840.1-2010、GB/T 20840.2-2014 的要求（小于0.5%），明显第二阶段试品的介损0.21%要好于第一阶段试品的介损0.259%，数据对比见表5。

表5 介损试验数据对比

2.3 工艺改进

根据以上试制测试数据结果，研究取消加压的单抽单注浸渍工艺。第二阶段试品不加压单抽单注浸渍工艺后，通过型式试验验证，1.2Um/（5 min，方均根值）局部放电为4pC，一次绕组主绝缘介质损耗为0.210%符合国家标准，达到了国际先进水平，具体数据见表6。

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表6 介质损耗、局部放电测试数据

（1）A、B 产品采用不同的单抽单注真空浸渍处理工艺后，解剖试品，发现一次绕组已浸透，不需进行另外加压工艺，介损和局放合格。

（2）C 产品不需加压工艺，经过除油和二次真空浸渍后，介损和局放合格。

（3）D 产品接线端子与瓷套间的密封垫圈变形、没有完全贴合，导致一次出线端子出现漏油，局放15pC 超标。

（4）E、F、G 产品不增加加压工艺时，介损为0.210%和局放为4pC，合格。

综合上述，通过调整优化参数，真浸过程不增加加压工艺，试验验证，除D 产品外，试品试验项目全部合格，满足国标GB/T 20840.1-2010、GB/T 20840.2-2014 的要求。

2.4 确定CT 真空浸渍工艺参数

通过反复调整浸渍工艺，并通过对比测试结果、试验验证，解剖查看绝缘材料浸渍效果，最终确定CT真空浸渍工艺参数。第一步，在atm（Pa）真空度下，加热到110 ℃开始累计保持6 h；第二步，抽真空（真空、高真空I、高真空Ⅱ），在atm～50（Pa）真空度、75 ～110 ℃下，保持30 h；第三步，在50（Pa）真空度、75 ℃下真空注油、真空浸渍、在烘房内自然降温，保持15 h；第四步，空气破空出罐，安装膨胀器注油，3 h。

2.5 研制CT 真空浸渍油位控制器

注油是整个真空浸渍处理工艺的最关键阶段，传统的注油及油位都是利用手动控制，劳动强度高，生产效率低下，无法实时方便看到注油情况，严重制约真空浸渍的质量水平。

通过压板、筒体和浮球液位开关、信号线、真空管和进油管、注油管和溢油管，对注油时对油位自动控制，通过真空管进行抽真空，实现玻璃筒油位控制器内的真空控制，通过溢油管，实现油位双重保护。

3 效果分析

110 kV 电流互感器是输变电工程必不可少的关键电力装备之一，CT 是笔者公司的首次研发，从一次绕组的绕包工艺、工装设计、工艺参数设定，展开了CT 工艺制造研究。

（1）通过对绕包材料的研究，发现采用半导电皱纹纸、电缆纸和皱纹纸交替绕包、开花电缆纸结构，可以减小手工绕包对主屏厚薄绝缘性能的影响。

（2）采用带锁定送纸功能的专用绕包机纸盘机构，保证了绕包绝缘的松紧度，提高了绕包质量和效率。

（3）通过设计专用的软连接整形夹、一次绕组收紧器，可以确保软连接焊接质量和器身的装配方便。

（4）通过在线监测真浸过程中的介损和电容，对比试验数据，最终确定CT 真空浸渍工艺参数，采用单抽单注工艺，不增加加压工艺等工艺手段，经过第三方试验验证，保障了CT 的质量。

（5）研制了CT 油位控制器，实现了注油时对油位自动控制和抽真空。

4 结语

通过对一次绕组绝缘绕包、软连接及装配和真空浸渍工艺研究，提高了CT 的绕包质量、电气性能及生产效率，降低了人为因素干扰和降低了产品运行的“爆炸”风险，通过发明油位控制器专利，提高了产品工艺水平。CT 产品通过了第三方试验验证，介损为0.21%，局部放电4pC，优于国标要求，通过了中国机械联合会组织的国家级鉴定，达到国际先进水平。