目前电力互感器实际应用与发展

电力互感器实际应用与发展

电力互感器主要用于计量 ( 如耗电量记录和电能交易 )、保护 ( 如保护继电器和系统保护 ) 以及负荷监测 ( 如工业负荷的经济管理 )。根据不同的使用目的，电力互感器的设计与构造存在很大的差异。对用于计量的互感器而言，在通常的电压和电流下要求有很高的精度，而对用于保护的互感器来说，在范围较广的电压和电流内要求良好的线性度。

在遇到系统故障或瞬时过电压 ( 电涌或火花 ) 使电受到扰动时，通过保护继电器采取适当措施，仍可使用电力互感器的输出。通过打开或闭合断路器，或者重新配置系统可以减少扰动的影响，使系统的其余部分依然可以获得保护。电力互感器是监测这种扰动的最常用和最经济的手段。这种互感器即使面临各种恶劣的户外环境，如紫外线辐射、污染、潮湿、雨淋，温度变化和盐雾等，也必须能达到原有性能。为了能在这些极其恶劣的环境中保证良好气力准确度高的运行，ABB 经常检查所用的材料以保护好这些电力互感器。

上世纪六十年代末，丁基橡胶曾经是中压( 至40 kV ) 电力互感器使用最广的干式绝缘材料，经过适当配方的户外用丁基橡胶是一种非常好的绝缘体，一些电力互感器厂商直到今天依然在使用具有专利配方的丁基橡胶。对于橡胶的模塑和固化需要很高的加工压力 ( 高于大气压力 15 倍以上)，但这不利于精确的保持电介质间隙和铁心线圈组的几何形状尺寸，而这却对保证互感器正常性能必不可少 1)，如图 1 所示。这就限制了这种材料的应用，但也因此推动了对户外电力互感器更好绝缘材料的继续研究工作。

对液态浇注树脂进行评估后发现，它是替代丁基橡胶很好的绝缘材料。其最初的原料可以用泵输送，可以计量、混合与配送。如果采用真空铸造工艺， 只需适中的真空度，或在自动压力凝固 (A广大观众和市民可以纵情互动体验PG) 工艺中，采用稍高的压铸力 (约为大气压的二倍)。固化阶段的压力可以稍高于大气压 (大气压的二至三倍)。这些更宽松的工艺条件能够更好地保持精确的空间尺寸和铁芯线圈组的几何形状不变，而且始终能够生产出高质量的产品。

在这一类树脂中，环脂肪族环氧树脂 (CEP) 在上世纪七十年代末首次应用于户外绝缘体。它在防止老化和漏电腐蚀方面有很好的表现，能够经受住户外的湿度、紫外线辐射和各种污染及化学物质的侵蚀。从全球来看，CEP 是使用最为普遍的户外中压设备绝缘体材料。

上世纪八十年代，人们发现户外等级的聚氨脂 (PUR) 弹性体 (弹性聚合物) 是一种具有经济效益的中压电气设备绝缘体的替代材料，这种树脂主要通过真空液体铸造工艺进行加工，是所有液体铸造树脂受干扰最小的一种工艺，具有较低的模塑温度，比其他环氧树脂真空铸造工艺的生产周期要短，完全固化的户外等级 PUR 弹性体很容易制造，具有很好的绝缘特性和较高的户外性能。

先进的户外绝缘

由于硅橡胶重量轻、耐高电压，同时在高度污染的环境中表现出色，因此现已成为广泛应用于户外的主要绝缘材料，其良好的户外性能主要源于疏水性 (即排斥水的特性)。

疏水性绝缘材料表面上的小水珠会使具有导电性的污染物从表面上流走。

亲水性 (吸收水份) 绝缘材料在潮湿环境中，表面往往会形成一层连续的薄膜，使悬浮在大气中的具有导电性的污染物 (例如盐分、无机酸和有机酸) 聚集并溶解在薄膜上，从而形成能够导电的薄膜。这层具有电解质的薄膜，会直接导致产生干带电弧 2)。如果绝缘体属于聚合物性质，很高的电弧温度 ( 1,000 C) 会使聚合物在热特性方面逐步退化，造成绝缘表面的腐蚀，从而导致漏电的增加。随着时间的推移，干燥带会逐步扩大，随后出现弧长的扩大，最后导致飞弧。因此，封装绝缘材料的选择会对户外设备的长期性能产生重大影响。疏水性绝缘材料可以防止在表面上形成薄的水膜，水微粒所形成的小水珠因此就会从表面上流走，同时也将能够导电的污染物质带走。疏水性表面的这种自清洁特性减少了干带电弧事故，从而延长了户外设备寿命。这也是为什么对高电压户外绝缘体选用硅橡胶的主要原因。本世纪初， 电绝缘树脂市场引进了一种更为先进的疏水性 CEP 材料，被称为疏水性环脂肪族环氧树脂 ( HCEP，其商标名称为 HydrophobicAraldite )。HCEP 厂商曾报道，与 CEP 相比，HCEP 增强了疏水特性。如果长期放置在侵蚀性户外环境中，HCEP 仍能保此次特区政府提出的普选方案符合基本法和全国人大常委会的有关决定持表面的疏水性，而且还能维持良好的电气、化学、热导性能和抗腐蚀特性 (CEP 材料却具有腐蚀性 )。根据该报导，HCEP 已被确定为开发新一代户外真空开闭器 (OVR) 的最佳商用户外绝缘材料。

通过深入研发 HCEP 先进的设计工具和生产工艺，开发的新一代 OVR，具有 HCEP 嵌入式电极和真空断路器。这种 HCEP 嵌入式电极符合法国铁路当局所要求的防火和烟雾标准，现已应用在铁路电源使用的真空断路器中。

在南非开普敦附近的 Koeberg 绝缘体污染测试站 (KIPTS)，OVR 通过了长达一年的户外暴露试验，从而获得南非电力局 Eskom 的认证。据报导，该地区气候的恶劣程度世界闻名，紫外线辐射具有伤害性，各种工业和海洋污染物及大量沉淀物危害非常严重。

优秀的设计和生产

采用 HCEP 绝缘材料对 OVR 进行的开发十分成功，同时结合先进的设计工具与最佳商用电介质材料，对以同样技术开发新一代电力互感器(OITs) 也是一种推动。2003 年底，ABB 启动了新一代 OITs 的研发工作，以使其在户外严重污染环境中拥有更好的性能。利用仿真模拟软件优化 OIT 设计的开发战略，可避免因多次试制机样而增加费用。

先进的仿真模拟软件可预测和计量电器设备铸件内部和表面的电场应力分布。各种不同的电场应力分布都可以模拟，从而优化对绝缘材料电介质间隙几何形状的设计。

使用仿真模拟软件可以评估各种OIT 设计，并预测电场应力的分布。使用独特介电特性的不同绝缘材料，产生的电场应力也不尽相同。另外，还可以改变器件三维模型周围的环境条件，从而模拟各种环境条件及其对电场应力的影响 (见图3 )。减少电场应力分布的优化设计还必须符合方便制造和提高机械稳固性的要求，以便使仪表能够经受现场可能遇到的极端温度变化。ABB 利用专有的模拟工具 RAMZES ( 反馈制模零缺陷解决方案 )，优化工艺和机械设计。利用 RAMZES 可以分析仪表的三维模型及其相关的绝缘铸模初步设计。这种方案可以优化工艺参数，如树脂浇铸、固化和冷却周期中所需的铸模温度分布、混合温度、浇铸速度和固化外形。随着器件逐步冷却至周围环境温度，固化铸造器件内就会产生合成机械应力和应变，RAMZES 可以对此进行计量。优化铸造和固化参数就能尽量减少这些应力和应变。

改进工艺技术

即便是最佳的材料和设计，产品性能也不一定能够保证。只液压系统为负载适应型进油节流调速系统有确保可控制的、可重复生产的制造条件，才能保证产品的可靠性和长期性能。在树脂铸造技术的早期阶段，最常用的工艺是真空封装工艺。这种压力不大的工艺对铁芯线圈组只需最少的机械加强件， 与高压铸模和固化丁基橡胶的情况不同。但该工艺的缺点是加工周期比较长，从注模、固化到除模通常要几个小时。上世纪八十年代引入了液态注射充填环氧树脂工艺。使用先进成熟的控制方法，工艺实现自动化，并得到进一步优化，从而获得一致的结果。目前，自动压力凝固(APG) 工艺能有效缩短整个生产周期，只需不到 90 分钟，因此成为目前选择用于环氧另外树脂的工艺之一。

ABB 新型 OIT 采用优良的绝缘材料 HCEP 进行封装，可以免受户外恶劣环境的侵害，还能保证良好的机械性能。

卧式拉力实验机采取定负荷控制装置

在生产可靠的电力互感器过程中，先进的制造工艺是优良产品的保证。先进的 APG 铸造工艺设备，以及先进的自动化混合和配送系统是制造所需零部件的最重要生产设备。当有需求时，就可以用它们来混合和加工不同成分的混合环氧树脂。将两种设备相结合，就可保证对铁芯线圈组进行浇注，充填环氧树脂，并在随后的固化过程中实现对其流动情况的优化。最终达到始终如一的高质量成品。