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气体绝缘结构的电容式电压互感器的研发
摘要:传统的油浸结构的电容式电压互感器在设计和工艺上存在一些缺陷,本文论述以研发sf6气体作绝缘介质的电容式电压互感器来避免这些缺陷,并阐述了一些关键技术。
关键词:sf6气体绝缘电容式电压互感器同轴圆柱体电极局部放电介质损耗角正切(tanδ)值
1 概述
当前变电站的电器正在向“无油化”方向发展,因此,采用sf6气体为绝缘介质的互感器具有广阔的市场前景。目前sf6气体绝缘互感器为国内、外电力系统广泛运行的产品,但现有的电容式电压互感器都是油浸式结构,已有几十年的应用历史,存在易渗漏,造成环境污染,易引起火灾和爆炸,在恶劣环境中瓷套管还易引起污闪,维护工作量大等缺点,且运行经验表明,油浸结构的电容式电压互感器缺陷较多,故障率较高,其中电容单元故障最多[1]。因此我公司决定研发sf6气体绝缘的电容式电压互感器。本产品具有传统的油浸式结构的电容式电压互感器的所有功能,却克服了油浸式产品的不足。
2 油浸结构的电容式电压互感器的特点
目前,油浸式结构的电容式电压互感器的结构大致相同,其绝缘介质都是油和纸-膜复合绝缘,电容分压器由多个元件串联而成,电容元件在设计制造中绝缘大多数采用铝箔凸出折边,压扁式结构,各个电容元件均有连接片,各连接片采用焊接或压接连接(见附图1),这样就不可避免地造成在电容元件中电极平板处电场均匀,而折弯处的电场极不均匀,使得极不均匀的电场处更易于产生局部放电,而导致产品失效的后果。且在压扁式电容元件中,各介质层和铝箔由于其弹性,彼此间不是严密紧贴而是有一定空间的,改变元件压紧程度,此空间便会变化,电场强度就会随之而变化。同时元件厚度、介质的介电常数
ε、介质损耗角正切(tanδ)值及其他特性也会随之改变。另外电容元件的电容值也会随着压紧系数的变大而增大[2]。
在极不均匀的电场中,如在电容器元件极板边缘处,电极间的介质厚度决定着发生局部放电时的电压值ud及其平均场强ed=ad-,常数a与局部放电的类别有关。由上式可见,局部放电的场强随绝缘厚度的减小而增大。因此为了提高电极边缘处局部放电的电压及平均场强,采用较薄的绝缘纸和聚丙烯膜是有利的。但绝缘纸和聚丙烯膜的电气弱点是随着厚度d的减小而增加,厚度更小时,由于每层膜中弱点(孔隙或导电点)对整个绝缘影响随层数的减小而变得显著,会使绝缘的电气强度下降[3]。
电容器的性能与所用介质的性能、绝缘结构及制造工艺有密切关系。由于固体绝缘介质电容器纸本身的介质损耗角正切(tanδ)值较大[4],因此以纸-膜复合绝缘的油浸结构的电容式电压互感器的介质损耗角正切(tanδ)值较大。介质损耗过大会绝缘温度上升,且损耗越大,温度就越高,若介质温度高到使绝缘体烧焦、熔化,则绝缘体就会失去绝缘性能而被热击穿,甚至产生爆炸。
3 sf6气体绝缘结构的电容式电压互感器的优势
经过分析现有电容式电压互感器的结构和设计,针对其存在的缺陷和不足,为从根本上克服潜在的隐患,我公司研发新型的不同于传统结构的电容式电压互感器
——sf6气体绝缘结构的电容式电压互感器,主要从以下的几个方面着手进行设计:
电容分压器采用聚丙烯薄膜与铝箔极板在圆柱形芯轴上卷绕成串联的电容元件,形成同轴圆柱体结构的电容器芯子(见附图2),由不同电容值的两个电容芯子分别作为高