800kv直流電子式電流互感器的研制

800kv直流電子式電流互感器的研制

0高壓直流輸電系統(tǒng)的特點(diǎn)中國(guó)的直輸公路全長(zhǎng)約為1000公里。有20座工廠已經(jīng)建成或建造了各種電壓級(jí)直接供電，傳輸能力約為4000萬(wàn)公里，排名世界第一。超高壓直流輸電工程的設(shè)計(jì)建設(shè)運(yùn)行管理和設(shè)備制造水平在國(guó)際已處于先進(jìn)地位,未來(lái)10年,預(yù)計(jì)中國(guó)將新建高壓直流工程約20多個(gè),輸電線路長(zhǎng)度超過(guò)2.6萬(wàn)千米,輸送容量達(dá)9440萬(wàn)千瓦。直流輸電具有以下特點(diǎn)和用途:(1)高壓直流輸電與其相聯(lián)的兩個(gè)交流系統(tǒng)的頻率和相位無(wú)關(guān),投入時(shí)不會(huì)增加原有電力系統(tǒng)的短路電流容量,也不受系統(tǒng)穩(wěn)定極限的限制,因此適合于電網(wǎng)間的互聯(lián);(2)高壓直流輸電只傳送有功功率,沒(méi)有交流電纜線路中電容電流的困擾,沒(méi)有磁感應(yīng)損耗和介質(zhì)損耗,特別適用于長(zhǎng)距離大容量輸電及海底電纜輸電等;(3)高壓直流輸電輸送功率的大小和方向可以快速控制和調(diào)節(jié),適合于兩電網(wǎng)之間電能聯(lián)網(wǎng)互送,利于提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性;(4)輸送相同功率時(shí),高壓直流輸電的線路造價(jià)低;(5)直流本身帶有調(diào)制功能,可以根據(jù)系統(tǒng)的要求作出反應(yīng),可以阻尼低頻振蕩,從而提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平;(6)運(yùn)行方式靈活多樣,一個(gè)極發(fā)生故障時(shí)另一個(gè)極能繼續(xù)運(yùn)行,且可充分發(fā)揮其過(guò)負(fù)荷能力,即可以不減少或少減少輸送功率損失。作為直流輸電設(shè)備研發(fā)制造基地,研制開(kāi)發(fā)±800kV直流電子式電流互感器,對(duì)提高企業(yè)科技水平及在行業(yè)上的地位,實(shí)現(xiàn)直流輸電設(shè)備完全國(guó)產(chǎn)化,完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)具有重要意義,同時(shí)還可打破國(guó)際跨國(guó)公司在電子式直流電流互感器方面的壟斷格局,改變價(jià)格壟斷,對(duì)國(guó)家、對(duì)行業(yè)、對(duì)企業(yè)都具有積極的意義。1開(kāi)發(fā)背景1.1直流場(chǎng)供水平衡從20世紀(jì)80年代葛—上直流輸電工程至今,中國(guó)直流輸電工程建設(shè)得到了很大發(fā)展,與此同時(shí),直流輸電工程所需要的大部分設(shè)備和技術(shù)也經(jīng)歷了從國(guó)外引進(jìn)到合作生產(chǎn)再到完全自制的過(guò)程,而與此現(xiàn)狀不合拍的是,在直流輸電工程中起著參與控制與保護(hù)及電能測(cè)量等重要作用、系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行不可缺少的直流互感器并未同步經(jīng)歷這樣的過(guò)程,因而在直流場(chǎng)工作的近10種互感器、特別是極限位置的互感器全部系從國(guó)外進(jìn)口,處于被國(guó)外少數(shù)跨國(guó)公司壟斷的局面,其供貨價(jià)格明顯處于畸高狀態(tài)。1.2高壓端接收點(diǎn)現(xiàn)在網(wǎng)上運(yùn)行的電子式直流電流互感器基本都屬于同類工作原理,雖然技術(shù)在不斷進(jìn)步,細(xì)節(jié)有所差異,但基本都是高壓端采用分流器和Rogowski線圈采集直流信號(hào)和諧波信號(hào),高壓模塊處理、轉(zhuǎn)換、發(fā)送信號(hào),通過(guò)光纖傳向低壓端,從低壓端通過(guò)光纖向高壓端供能,從高壓發(fā)送的信號(hào),再進(jìn)行轉(zhuǎn)換、處理并向后級(jí)保護(hù)、計(jì)量、測(cè)量等設(shè)備發(fā)送信息。1.3江中電網(wǎng)送電至廣東很明顯,當(dāng)今世界直流輸電工程建設(shè)的主戰(zhàn)場(chǎng)在中國(guó),2010-2020年期間,預(yù)計(jì)將會(huì)建設(shè)20多項(xiàng)直流輸電工程,工程投資總額將接近3000億元,輸送距離更長(zhǎng),輸送功率更大。隨著金沙江的開(kāi)發(fā),向家壩、溪落渡、白鶴灘、烏東德和觀音巖等水電站建成后,將主要送電至華中電網(wǎng)、華東電網(wǎng),送電距離將達(dá)到1000km和2000km左右。瀾滄江的開(kāi)發(fā),糯扎渡水電站建成后將送電至廣東,送電距離將超過(guò)1500km。當(dāng)送電距離超過(guò)1500km時(shí),需要考慮使用±600kV電壓等級(jí);當(dāng)輸電距離達(dá)到2000km左右時(shí),就需要考慮比±600kV更高的電壓等級(jí),如±800kV。事實(shí)上,中國(guó)目前已經(jīng)開(kāi)始了幾條±800kV直流輸電工程的建設(shè)。2工作原則2.1低壓?jiǎn)卧喜卧糜诟邏憾说姆至髌鞑杉绷麟娏餍盘?hào)、Rogowski線圈采集諧波電流信號(hào)、由高壓模塊處理、轉(zhuǎn)換、發(fā)送信號(hào),通過(guò)光纖傳向低壓端合并單元,合并單元從低壓端通過(guò)光纖向高壓端供能,同時(shí),合并單元與高壓模塊之間進(jìn)行著其他信息的交換;低壓模塊接收從高壓模塊發(fā)送的信號(hào),再進(jìn)行轉(zhuǎn)換、處理并向后級(jí)保護(hù)、計(jì)量、測(cè)量等設(shè)備發(fā)送信息供計(jì)量和系統(tǒng)保護(hù)。2.2rogowski線圈分流器亦稱為電阻分流器,其工作時(shí)串聯(lián)在線路中,當(dāng)有直流電流通過(guò)時(shí),在其輸出端就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與電流大小成正比例關(guān)系的弱電壓信號(hào),即e=I·R。Rogowski線圈也稱為空心線圈,以其線圈纏繞其上的骨架沒(méi)有磁性而得名,其采集直流線路中的諧波電流信號(hào),當(dāng)電流從線圈中間穿過(guò)時(shí),線圈兩端產(chǎn)生一個(gè)與電流隨時(shí)間的變化率成正比例關(guān)系的弱電壓信號(hào),即式(1)中,μ0為真空磁導(dǎo)率,4π·10-7Wb/(A·m);A為單匝面積,m2;N為匝數(shù)密度,匝/m;ip為一次電流,A。2.3o電/光轉(zhuǎn)換高壓模塊采集傳感頭輸出的弱電壓信號(hào),對(duì)其進(jìn)行A/D(模/數(shù))轉(zhuǎn)換,再進(jìn)行E/O(電/光)轉(zhuǎn)換,將處理過(guò)的光信號(hào)通過(guò)光纖傳輸?shù)降蛪憾?低壓端的合并單元內(nèi)的光電器件進(jìn)行O/E(光/電)轉(zhuǎn)換,使低壓端得到了高壓端的電信息。同時(shí),低壓端也通過(guò)光纖向高壓端進(jìn)行供能并傳輸同步時(shí)鐘信號(hào),同時(shí),進(jìn)行著其他技術(shù)信息的交換。2.4電子式整體接口合并單元是用以對(duì)來(lái)自二次轉(zhuǎn)換器的電流和或電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間相關(guān)組合的物理單元,作為電流、電壓互感器和保護(hù)、測(cè)控裝置的中間接口,用于和二次設(shè)備之間的信息交換,主要用于連接數(shù)字化輸出的電子式互感器與保護(hù)、測(cè)控設(shè)備,其主要功能是同步采集多路(最多12路)ECT/EVT輸出數(shù)字信號(hào)后并按照規(guī)定的格式發(fā)送給保護(hù)、測(cè)控設(shè)備。其具有以下幾個(gè)功能模塊。2.4.1其他接口設(shè)備接口按照IEC60044-8對(duì)合并單元的定義,需要具有12路串行口輸入接口,分別接收電子式互感器輸出的三相電流、三相電壓、中性點(diǎn)電流、中性點(diǎn)電壓等。為了滿足IEC61850-9的需求,合并單元可擴(kuò)展16路的串行輸入接口。直流產(chǎn)品研制根據(jù)具體情況有所調(diào)整。2.4.2gps信號(hào)同步采樣在正確識(shí)別外部輸入的同步秒脈沖后,產(chǎn)生同步采樣信號(hào)。同步信號(hào)一般采用GPS提供的秒脈沖。根據(jù)IEC60044-7/8,同步采樣信號(hào)的頻率額定標(biāo)準(zhǔn)值有:200f、80f、48f、20f、f(對(duì)于工頻信號(hào),f=50Hz)。直流產(chǎn)品研制根據(jù)對(duì)諧波準(zhǔn)確性要求等具體情況有所調(diào)整。2.4.3模擬量采集和處理模塊模擬MU需要采集多路模擬量,并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,供CPU讀取。2.4.4sdp接口一般采用100BASE-FX以太網(wǎng)光纖接口以提高抗干擾能力,數(shù)據(jù)包幀格式在IEC61850-9中定義。輸出數(shù)據(jù)的頻率也要匹配后續(xù)保護(hù)、計(jì)量設(shè)備的要求。2.4.5其他滿足數(shù)字化變電站自動(dòng)化工程中的大量其他應(yīng)用需求,如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、人機(jī)界面、開(kāi)關(guān)量輸入輸出等。3主要技術(shù)3.1海拔高度、強(qiáng)度最高氣溫為55℃;最低氣溫為-40℃;日平均氣溫不超過(guò)35℃;海拔高度小于1000m;風(fēng)壓不超過(guò)700Pa;日照強(qiáng)度為1000W/m2;耐地震能力為8度;地面水平加速度為0.3g;地面垂直加速度為0.1g。3.2電生理參數(shù)及內(nèi)部特性額定工作電壓為±800kV;額定一次電流為4000A;測(cè)量范圍為0~600%;準(zhǔn)確級(jí)為0.5/P。數(shù)字輸出的額定值為:測(cè)量通道額定二次輸出為2D41H(十進(jìn)制11585);保護(hù)通道額定二次輸出為01CFH(十進(jìn)制463);物理層為光纖傳輸,2.5Mbit/s,62.5/125um,多模,ST接頭;鏈路層為FT3。額定短時(shí)熱電流為32kA1s(方均根值);額定動(dòng)穩(wěn)定電流為80kA(峰值)。絕緣水平:雷電沖擊耐壓為1950kV(峰值);操作沖擊耐壓為1600kV(峰值);極性反轉(zhuǎn)試驗(yàn)電壓施加要求見(jiàn)表1。期間任何10min內(nèi)放電量超過(guò)1000pC脈沖數(shù)不超過(guò)10個(gè)。干試直流耐受電壓及局放為1224kVDC/60min,最后10min內(nèi)放電量大于1000pC的脈沖數(shù)不超過(guò)10個(gè);無(wú)線電干擾水平為635kVDC,無(wú)可見(jiàn)電暈;絕緣子爬電距離為44420mm。準(zhǔn)確性:0~134%的額定電流時(shí)為小于0.5%;134%~300%的額定電流時(shí)為小于1.5%;300%~600%的額定電流時(shí)為小于10%。階躍響應(yīng):最大過(guò)沖量為小于20%;最大上升時(shí)間(到階躍的90%)為小于400μs;最大進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)間(額定電流的1.5%倍)為小于5ms。諧波電流及準(zhǔn)確性要求:額定諧波電流為191.6A,小于2.5%;最大諧波電流為249.9A,小于4.5%;諧波頻率范圍為100~5000Hz。頻率響應(yīng):在400A、300Hz時(shí)和在100A、300~1200Hz下最大幅值誤差不超過(guò)0.75%,相位差不超過(guò)500μs。最小截至頻率(-3dB)為7kHz。溫度循環(huán)準(zhǔn)確性試驗(yàn)見(jiàn)圖1,應(yīng)在下列條件下進(jìn)行:升降溫速度(升為3℃/min;降為2℃/min);熱時(shí)間常數(shù)τ由試驗(yàn)測(cè)定;在直流電流下進(jìn)行;連續(xù)施加額定電流4000A;等效于額定負(fù)荷;元器件處在其規(guī)定的最高和最低環(huán)境氣溫,按圖1溫度循環(huán)準(zhǔn)確性試驗(yàn)溫度變化曲線進(jìn)行。光纖損耗:單路光纖總損耗為小于2.5dB/km;ST光纖接頭損耗為不超過(guò)0.5dB/km;電磁兼容抗擾度試驗(yàn)共13項(xiàng),詳見(jiàn)下節(jié)的試驗(yàn)情況。4開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)4.1傳達(dá)頭4.1.1合金材料加工中合作問(wèn)題分流器亦稱為電阻分流器,用錳銅電阻合金制成,錳銅電阻合金是由銅、錳、鎳和其他少量雜質(zhì)元素(如硅、鐵)等組成,是一種單一組織的合金,其制造過(guò)程要嚴(yán)格控制,不能用熱處理或其他任何工藝過(guò)程使其產(chǎn)生第二種組織。錳銅合金的主要特點(diǎn)是:電阻率較高、電阻溫度系數(shù)和對(duì)銅的熱電勢(shì)較小、阻值長(zhǎng)期穩(wěn)定性較好。錳銅合金材料有一個(gè)最佳使用溫度區(qū)域,為使產(chǎn)品工作達(dá)到一個(gè)最好的工作狀態(tài),要根據(jù)產(chǎn)品工作電流選擇合適的參數(shù):一是工作時(shí)不要選擇太大的功率消耗,以保持分流器在較低的工作溫升下工作;二是要根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際工作環(huán)境溫度(不是籠統(tǒng)的-40~55℃),使產(chǎn)品在環(huán)境溫度變化時(shí),最好工作在或接近工作在最佳使用溫度區(qū)域;三是要選擇溫度系數(shù)較低的材料制成。事實(shí)上在設(shè)計(jì)與分流器有關(guān)的連接件時(shí),要考慮使連接件、近連接件的零部件充當(dāng)分流器的散熱器,組裝時(shí)要使連接面充分、可靠、緊密接觸,不因溫度變化而增大了接觸面的接觸電阻,引起溫升增加。錳銅電阻合金的電阻與溫度的關(guān)系可由式(2)表示式(2)中,Rt、R20為試樣在t和20℃時(shí)的電阻值;α、β為試樣的一次和二次溫度系數(shù);20為中國(guó)恒溫室的基準(zhǔn)溫度。另外,直流系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)有著不同于交流電流的一些特性,即多頻次的諧波電流和階躍電流,會(huì)產(chǎn)生熱集膚效應(yīng)對(duì)產(chǎn)品溫升和精度產(chǎn)生影響,應(yīng)采用鼠籠結(jié)構(gòu)的分流器,可有效地抑制諧波電流的熱效應(yīng),消除對(duì)測(cè)量和保護(hù)產(chǎn)生的影響。4.1.2rogowski線圈Rogowski線圈骨架采用非磁性材料制成,要具有硬度大、溫度系數(shù)低,在溫度變化的環(huán)境下能保持其骨架截面積變化率小,從而保證Rogowski線圈的測(cè)量精度。通過(guò)在Rogowski線圈橫截面的中間位置增加回線,在線圈外面增加多層屏蔽來(lái)提高Rogowski線圈的抗干擾能力。Rogowski線圈具有含鐵心線圈無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn):骨架采用非磁性材料,無(wú)磁滯效應(yīng),幾乎為零的相位誤差;無(wú)磁飽和現(xiàn)象;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,和被測(cè)電流之間沒(méi)有直接的機(jī)械電接觸;測(cè)量范圍大,精度高,穩(wěn)定可靠,響應(yīng)頻帶寬,同時(shí)滿足測(cè)量和繼電保護(hù)功能要求,體積小、重量輕、安全且符合環(huán)保要求。Rogowski線圈在繞制和使用時(shí)要盡量做到:(1)線匝在繞制骨架上均勻分布,若性能參數(shù)能得到保證,則在一層內(nèi)繞完;(2)繞制骨架橫截面沿圓周各處均勻一致;(3)Rogowski線圈置于開(kāi)有氣隙的屏蔽盒內(nèi),輸出信號(hào)用屏蔽線引出,屏蔽件電位不能懸浮;(4)一次電流流經(jīng)其上的一次導(dǎo)體從Rogowski線圈的幾何中心穿過(guò);(5)一次電流流經(jīng)其上的一次導(dǎo)體與Rogowski線圈的平面垂直。4.2電子式電流傳感關(guān)鍵技術(shù)研究直流輸電工程一般輸送距離比較遠(yuǎn),兩端點(diǎn)換流站的自然條件差別很大,最高氣溫與最低氣溫、最大日溫差、海拔高度、日照強(qiáng)度、結(jié)冰情況、污穢情況、大氣酸性氣體含量、風(fēng)速風(fēng)壓、地震情況等各方面條件,對(duì)于戶外使用的電子式電流互感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都是要充分考慮的。首先研究了云南—廣東、向家壩—上海等中國(guó)現(xiàn)有的±800kV直流輸電工程環(huán)境條件參數(shù),再結(jié)合直流特殊的電場(chǎng)分布規(guī)律和放電機(jī)理,充分考慮產(chǎn)品運(yùn)行的可靠性,對(duì)產(chǎn)品整體機(jī)械結(jié)構(gòu)和電場(chǎng)結(jié)構(gòu)作了精心設(shè)計(jì),采用電子式原理懸掛型的結(jié)構(gòu)就必須采用復(fù)合絕緣子,復(fù)合絕緣材料具有的抗污閃能力強(qiáng)、硅橡膠傘套優(yōu)良的憎水性等優(yōu)越的電氣性能、環(huán)氧引拔棒具有的為高強(qiáng)度瓷的8~10倍的抗拉強(qiáng)度、耐低溫性和耐熱老化性和耐電蝕能力、特別是體積小及重量輕(為同電壓等級(jí)瓷絕緣子的1/8~1/4)、良好的抗沖擊性及抗震性和防爆性能的特點(diǎn),為設(shè)計(jì)思想的實(shí)現(xiàn)提供了可能。4.2.1不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng)分布在直流電壓作用下,理想的電場(chǎng)分布取決于絕緣材料的電阻率ρ,呈阻性(線性)分布,串聯(lián)介質(zhì)所承受的電壓與相應(yīng)材料的電阻率成正比。但實(shí)際上,材料的電阻率與所加電壓的時(shí)間、溫度變化有關(guān)。在高壓、特高壓情況下,沿絕緣材料從高壓端到低壓端電場(chǎng)分布極不均勻,因而愈接近高壓端,其放電愈容易發(fā)生、放電程度也愈劇烈,因而發(fā)熱也愈厲害。由于直流電壓本身并非純粹的平滑的直流,有一定的脈動(dòng),脈動(dòng)電壓也影響著電壓并不完全按阻性分布,所以其電場(chǎng)分布呈非線性分布。直流電壓下設(shè)備長(zhǎng)期在單一的同一種極性下工作,必然造成空間電荷的聚集,而聚集區(qū)的原電場(chǎng)也會(huì)發(fā)生變化,也導(dǎo)致整個(gè)電場(chǎng)的分布發(fā)生變化。事實(shí)上,直流電壓作用下,電位分布不易用單一的、簡(jiǎn)單的規(guī)律描述清楚,是一個(gè)極不均勻的分布狀態(tài)。在未采取均壓措施的情況下,隨著電壓等級(jí)的升高和絕緣子的加長(zhǎng),復(fù)合絕緣子的電位分布不均勻度有加劇的趨勢(shì),以±800kV電壓為例,不足10%的長(zhǎng)度上承擔(dān)了超過(guò)50%的電壓降,承擔(dān)80%的距離占總長(zhǎng)的比例不超過(guò)20%。所有這些情況,對(duì)直流輸電用電流互感器提出了完全不同于交流產(chǎn)品和其他普通產(chǎn)品的絕緣要求,對(duì)產(chǎn)品外絕緣和內(nèi)絕緣都要進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)配置,要求產(chǎn)品絕緣有更高的可靠性、適應(yīng)性、穩(wěn)定性。4.2.2引著空間帶浮在同一種極性的直流電壓下設(shè)備長(zhǎng)期工作造成空間電荷的聚集,也吸引著空間帶電浮沉較快、較多的附著在絕緣子表面,容易造成放電發(fā)熱,也造成被附著材料散熱困難,加劇了材料電阻率的變化,影響正電場(chǎng)的分布。這也是工程運(yùn)行中絕緣子表面嚴(yán)重污穢的一個(gè)重要原因。4.2.3流感技術(shù)在流時(shí)空基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)結(jié)果為了改善復(fù)合絕緣子上法蘭端的電場(chǎng)分布,參照文的研究結(jié)果,也考慮了有其他±800kV直流輸電產(chǎn)品的工程實(shí)際以及直流電流互感器產(chǎn)品的工程要求,確定了光纖復(fù)合絕緣子的基本尺寸和均壓屏蔽的尺寸,工程設(shè)計(jì)的絕緣子高度超過(guò)中度地區(qū)污穢、接近重污穢地區(qū)要求,絕緣子傘數(shù)和爬電比距(總距)遠(yuǎn)超重污穢地區(qū)要求,用電磁場(chǎng)計(jì)算軟件分別在容性場(chǎng)和阻性場(chǎng)下進(jìn)行了計(jì)算,對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),無(wú)論是均壓屏蔽表面電場(chǎng)強(qiáng)度還是復(fù)合絕緣子傘表面最大電場(chǎng)強(qiáng)度,都有足夠的裕度,確定出了最佳、最可靠的絕緣結(jié)構(gòu)。4.3生產(chǎn)廠家光纖復(fù)合調(diào)控的要求光纖復(fù)合絕緣子是懸掛結(jié)構(gòu)電子式直流電流互感器最關(guān)鍵的部件之一,研制之初,中國(guó)無(wú)±800kV光纖復(fù)合絕緣子生產(chǎn)廠家,行業(yè)上也沒(méi)有光纖復(fù)合絕緣子的生產(chǎn)規(guī)范,有實(shí)力的生產(chǎn)廠家也沒(méi)有生產(chǎn)光纖復(fù)合絕緣子的經(jīng)驗(yàn)或成熟工藝。對(duì)光纖復(fù)合絕緣子的要求是:(1)光纖復(fù)合絕緣子要滿足±800kV輸電的絕緣要求;(2)在直流試驗(yàn)電壓的作用下,場(chǎng)強(qiáng)不能超過(guò)允許值;(3)在生產(chǎn)中不能對(duì)光纖性能造成損害,給出了積多年經(jīng)驗(yàn)的原則意見(jiàn);(4)光纖復(fù)合絕緣子在運(yùn)輸、組裝過(guò)程中其性能不能發(fā)生劣化,并提出了運(yùn)輸要求;(5)光纖復(fù)合絕緣子外形、爬距、光纖數(shù)量、規(guī)格、性能等滿足設(shè)計(jì)要求?！?00kV直流電子式電流互感器是國(guó)內(nèi)第一個(gè)采用懸掛式光纖復(fù)合絕緣子完成試驗(yàn)取得成功的項(xiàng)目。4.4直流輸電系統(tǒng)的特性中國(guó)對(duì)交流電子式電流互感器的研究較多,大多廠家對(duì)直流產(chǎn)品的特殊要求并不清楚,這需要結(jié)合直流輸電運(yùn)行固有的特性來(lái)考慮,這些特性已在技術(shù)參數(shù)中有所反映。4.5設(shè)計(jì)有效的熱傳導(dǎo)、對(duì)流結(jié)構(gòu),增加產(chǎn)品的熱量該結(jié)構(gòu)原理的產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)發(fā)熱主要集中在一次導(dǎo)體及分流器上,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),首先考慮使電流流通通道盡量少發(fā)熱,一是恰當(dāng)?shù)剡x擇導(dǎo)體截面,二是分流器的功率不宜選的太大;其次是設(shè)計(jì)有效的熱傳導(dǎo)、對(duì)流結(jié)構(gòu),增大散熱面積、加設(shè)對(duì)流窗口,使產(chǎn)品產(chǎn)生的熱量能夠及時(shí)順暢的散發(fā)出去;再次,建立傳感頭工作小氣候室,使日光不直接照射到與傳感頭最接近的結(jié)構(gòu)件上,保證高壓端核心結(jié)構(gòu)少受光照引起的溫升的影響。4.6保證運(yùn)輸過(guò)程的直線光纖復(fù)合絕緣子外形是細(xì)長(zhǎng)形狀,心棒很細(xì)且沒(méi)有足夠的剛度,極容易彎曲變形,在運(yùn)輸及移動(dòng)時(shí)要有合適的工裝,保證其處于直線狀態(tài);產(chǎn)品整體組裝、包裝吊動(dòng)、運(yùn)輸時(shí)、現(xiàn)場(chǎng)安裝的起吊過(guò)程中,也要注意盡可能處于直線狀態(tài)。所有這些的目的就是要保證光纖不受損傷。5主要試驗(yàn)項(xiàng)目中國(guó)直流產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系尚未完善,特別是直流電子式電流互感器沒(méi)有現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn),在制訂產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范時(shí),充分研究了相關(guān)或關(guān)系相近的其他標(biāo)準(zhǔn),針對(duì)直流電子式電流互感器的工作條件、參照現(xiàn)有工程的技術(shù)規(guī)范,全面考慮和調(diào)研了我國(guó)各方面的試驗(yàn)條件和能力,盡可能多的使產(chǎn)品各方面性能都得到充分考驗(yàn)和驗(yàn)證,重點(diǎn)試驗(yàn)項(xiàng)目有以下幾種。5.1循環(huán)變化過(guò)程中的誤差試驗(yàn)該項(xiàng)目為保證產(chǎn)品基本性能的最重要項(xiàng)目,進(jìn)行的試驗(yàn)有:1)基本準(zhǔn)確度試驗(yàn),即在額定短時(shí)電流試驗(yàn)及溫升試驗(yàn)前后產(chǎn)品流過(guò)基本直流電流和諧波電流時(shí)的誤差試驗(yàn)。直流電流誤差-0.2%~0.1%;基本諧波(100Hz)電流誤差0.07%,角差2.5′。2)溫度循環(huán)準(zhǔn)確度試驗(yàn),即在產(chǎn)品流過(guò)直流電流和諧波電流時(shí),使溫度在規(guī)定的最低氣溫-40℃和最高氣溫+55℃范圍內(nèi)循環(huán)變化過(guò)程中的誤差試驗(yàn)。直流電流:12.5%下,誤差-0.2%~0.1%;25%下,誤差-(0.1%~0.5%);50%下,誤差-0.5%~0.04%;100%下,誤差-0.4%~0%。諧波電流:100%下,電流誤差0.08%~0.56%,角差3.2′~9.2′。3)干熱試驗(yàn),即在產(chǎn)品流過(guò)直流電流和諧波電流時(shí),在干熱試驗(yàn)條件下(+85℃),直流電流:12.5%下,誤差-0.1%~0.1%;25%下,誤差-0.2%~-0.1%;50%下,誤差-0.1%;100%下,誤差0%。諧波電流:100%下,電流誤差0.07%~0.22%,角差-4.6′~2.7′。4)濕熱試驗(yàn),即在產(chǎn)品流過(guò)直流電流和諧波電流時(shí),在濕熱試驗(yàn)條件下(相對(duì)濕度93%),直流電流:12.5%下,誤差0%~0.3%;25%下,誤差-0.3%~0%;50%下,誤差-0.2~0.2%;100%下,誤差-0.2%~0.3%。諧波電流:100%下,電流誤差0.07%~0.13%,角差-3.9′~3.1′。5)復(fù)合誤差試驗(yàn),產(chǎn)品測(cè)得的復(fù)合誤差為0.67%。5.2電容試驗(yàn)場(chǎng)景電磁兼容(EMC)是一種性能,表示設(shè)備或系統(tǒng)在它的電磁環(huán)境下能滿意地運(yùn)行,且不對(duì)該環(huán)境中的任何物件產(chǎn)生過(guò)量的電磁騷擾。電磁兼容試驗(yàn)是直流電子式電流互感器最需重視的試驗(yàn)項(xiàng)目,它與產(chǎn)品的工作可靠性緊密關(guān)聯(lián),同時(shí),國(guó)內(nèi)試驗(yàn)單位沒(méi)有一家能獨(dú)立完成全部試驗(yàn)項(xiàng)目。圖2為進(jìn)行電磁兼容試驗(yàn)的場(chǎng)景。各試驗(yàn)單位承擔(dān)試驗(yàn)項(xiàng)目情況見(jiàn)表2。試品的試驗(yàn)等級(jí)和性能評(píng)價(jià)依據(jù)GB/T20840.8—2007《互感器電子式電流互感器》標(biāo)準(zhǔn)確定,試驗(yàn)時(shí)受試樣品處于正常工作狀態(tài),工作電壓為AC220V。受試品的抗擾性能分為A(功能正常)、B(功能降低或喪失,可自行恢復(fù))、C(功能降低或喪失,需干預(yù)或系統(tǒng)復(fù)位)、D4級(jí),試驗(yàn)結(jié)果表明試品性能達(dá)到了最高級(jí)別的要求。5.3工藝試驗(yàn)場(chǎng)景極性反轉(zhuǎn)試驗(yàn)施加電壓、持續(xù)時(shí)間等見(jiàn)表3。期間任何10min內(nèi)放電量超過(guò)1000pC脈沖數(shù)沒(méi)有超過(guò)10個(gè)。直流耐受電壓及局部放電測(cè)量試驗(yàn):對(duì)產(chǎn)品施加1221kV直流電壓持續(xù)60min,最后10min內(nèi)測(cè)得放電量大于1000pC的脈沖數(shù)未超過(guò)10個(gè)。LELB-800W4直流電子式電流互感器產(chǎn)品進(jìn)行絕緣試驗(yàn)的場(chǎng)景見(jiàn)圖3的兩張照片。除以上介紹的項(xiàng)目外,還順利完成了根據(jù)或參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提出的、與技術(shù)要求相對(duì)應(yīng)的其他全部型式試驗(yàn)項(xiàng)目。試驗(yàn)在國(guó)家高壓電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心和國(guó)網(wǎng)武漢高壓研究院完成。6與國(guó)外產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)的比較該項(xiàng)目產(chǎn)品與ABB公司產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表4,從表4可見(jiàn)參數(shù)基本一致。7低壓側(cè)輸出符合標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)直流電子式電流互感器是一種二次轉(zhuǎn)換器的輸出實(shí)質(zhì)上正比于一次直流電流的電子裝置,將處于一次側(cè)的電流變換、傳輸?shù)降蛪簜?cè),經(jīng)處理后輸出符合標(biāo)準(zhǔn)要求的信號(hào)。由于長(zhǎng)期處于高電壓工作狀態(tài),還要經(jīng)受電網(wǎng)事故狀態(tài),因此要對(duì)其絕緣性能、短路承受能力、耐熱性能及誤差性能等進(jìn)行重點(diǎn)考慮,最為重要的是絕緣性能和誤差性能,產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初就特別重視要體現(xiàn)安全可靠的理念,主要從兩個(gè)方面作了準(zhǔn)備,一是在特高電壓作用下長(zhǎng)期運(yùn)行絕緣可靠,二是長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中性能穩(wěn)定。7.1絕緣體7.1.1耐氣能性能好光纖復(fù)合絕緣子的心棒采用環(huán)氧玻璃絲引拔棒,其絕緣強(qiáng)度很大,且拉伸強(qiáng)度也很大,超過(guò)了1000MPa;傘形和護(hù)套采用高溫硫化硅橡膠材料,高溫硫化硅橡膠材料具有優(yōu)異的耐熱性、耐寒性、介電性、耐臭氧和耐大氣老化等性能,能在-60~+250℃條件下長(zhǎng)期使用。其突出的使用優(yōu)點(diǎn)是:耐污性高、濕閃電壓高、不易破碎、體積小、重量輕、耐腐蝕能力強(qiáng);內(nèi)裝光纖是采用石英材料制成的玻璃類產(chǎn)品,從使用性能方面具有機(jī)械強(qiáng)度高(相對(duì)于工作環(huán)境其他材料的硬度、抗拉強(qiáng)度)、傳輸頻帶寬、傳輸損耗低、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)和保真度高等的優(yōu)點(diǎn),從而保證了工作性能的可靠。光纖之外的空隙用有機(jī)高分子絕緣材料經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的工藝過(guò)程完成填充,結(jié)構(gòu)致密無(wú)