areva+td在800千伏互感器方面的技术和1100千伏技术方案概述

第五届输配电技术国际会议20 05 A R E V AT & D 在8 0 0 千伏互感器方面的技术和 11 0 0 千伏技术方案概述 J P V a n d e l e e n e 一产品市场经理 A R E V AT & DI n s t r u m e n tT r a n s f o r m e r s 一比利时 本文介绍公司在超高压互感器的设计、制造和测试中的最新技术进展。本文中将介绍“抗震设计”等设 计优点，以及为证明产品系列的高度可靠性而进行的型式试验。然后，将介绍公司的新一代非常规型互感 器( N C I T ) 以及互感器与仪表和继电器的接口。此技术的众多潜在优点是开发工作的动力。最后，我们 将重点介绍公司的11 0 0 千伏电网方案。 1 公司在超高压互感器方面的经验 8 0 0 千伏互感器的设计和生产需要大量诀窍。公司在全球已经售出了1 5 7 0 多台互感器，我们的产品在 此市场上出类拔萃。 A R E V AT & D 安装的8 0 0 千伏互感器： 圈幂 C T 加拿大7 5 9 委内瑞拉 2 6 7 美国 1 8 4 美国 3 6 巴西 1 7 巴西 6 0 俄国 1 2 V TC V T 总科 5 38 08 9 2 5 05 83 7 5 1 8 4 3 6 1 7 6 0 1 2 H y d r oQ u e b e c E d e l c a A E P P A S N Y F u r n a s A B B F u m a sD C R A O E E S 1 3 3 s 1 0 31 3 8l s 7 6 2 8 0 0 千伏电流互感器的高设计质量 高压电流互感器( H VC T ) 的各种设计之间的主要差异是高压绝缘相对于一次和二次绕组的位置。高 压绝缘可以位于一次绕组上，或位于有源元件( 变压器芯和二次绕组) 上。 第一类的典型代表是按照一次电路的打开方式而命名的”发夹”或”摆锤”设计( 图1 ) 。 一次绕组特别易于插入到“发夹”结构中( 绝缘的机械缠带，一次部件绝缘，并作为子组件) ，最适 合用于中等规模的电流( 2 0 0 安1 5 0 0 安) 。“摆锤”结构目前只用于某些超高压设计中。 因此，“有源元件在头部”的“倒置电流互感器”设计( 图2 ) 特别适合于大电流( 一次导线为短直棒) 。 这种设计的另一个优点是，能够使一次绕组均匀、对称地分布在铁芯周围，从而避免局部饱和，并减少漏 磁。最后，由于在这种设计中，在绝缘子内部只穿过一个高压绝缘管，而不是像“发夹”式设计中那样采用 两条一次高压导线，所以降低了绝缘子的体积，因而减少了油量。 纸油绝缘 此技术是最常用的技术，已经有很长应用历史。我们广泛研究了纸油绝缘的性能。重点针对电流互 感器内部电场分布计算进行了一系列研究。我们的“倒置型”电流互感器采用金属壳容纳铁芯和二次绕组， 并作为接地网。因此，可以实现接地网和高压网之间电场的最佳分布。 第五届输配电技术国际会议200 5 图1 ：发夹式电流互感器图2 ：8 0 0k VA R E V AC T H 电流互感器的照片和剖视图 高压屏蔽 中间屏蔽层使纸绝缘内的电场形成梯度。在隔离开关动作过程中产生高频过压的条件下，我们检查了 绝缘的性能。高频( 0 5 到3 M H z ) 通常是由线路开关的动作产生的。我们计算了通过中间屏蔽层的高频 电流( 图3 ) 以及中间屏蔽层的相应阻抗 H e a d ：头部 B u s h i n g ：套管 ；·一H e a d + ： 8 - a s h i n 9 一； 图3 ：高压屏蔽的等效电路 在8 0 0 千伏电流互感器，需要检查当存在高压冲击时中间屏蔽层的性能和绝缘内的电压分布。检查是 采用波前截断的脉冲并按照I E C 的要求( 2 0 0 波前截断脉冲1 X 0 5 “s o 6 L I ) 进行的。 图4 和图5 显示了当在高压连接上施加波前截断脉冲( I 0 2 胂= U ) 时计算机给出的两种高压屏蔽设计 的预测性能。 在图5 中，高压脉冲( U ) 立即从高压连接传遍第一个高压屏蔽。 “U l ”紧跟“U ”，没有延迟；对“U 2 ”、“U 3 ”和“U 4 ”也采用了相同方式，没有延迟。在这种情况下，电压分 布是正确的( 电压分布是纯电容性的) 。 JL 一 一；，L l么 图4 ：脉冲l x 0 2p s ：表现良好的高压月 图5 ：脉冲l x 0 2 嶂：表现不佳的高压冈 第五届输配电技术国际会议2 0 05 在图5 中，高压脉冲“U ”从高压连接传遍高压屏蔽，有延迟，电压分布不再正确。 类似地，我们研究了二次回路对高频噪音的屏蔽效果( 这种高频噪音有可能影响与电流互感器连接的 继电保护设备的正确工作) 。与电力变压器不同的是，在电流互感器中，散热问题不太严重。因此，纸一油 绝缘的老化速度通常很慢。但是，在超高压条件下，绝缘中的介电损耗是一个要考虑的因素。 热稳定性 绝缘内的热梯度计算表明，即使在热带环境和高负荷条件下，我们的互感器本身也具有重要的安全裕量。 为了在采用纸油绝缘的超高压电流互感器中获得良好的热稳定性，需要限制工作温度下的介电损耗因 子“t a n g e n t ' 。介电损耗是高压绝缘上的胶质( 胶) 污染物、极性( 水或油的老化产物) 污染物、或离子 ( 导电颗粒) 污染物导致的。 在交变电场中，在工作温度0 和电压U ( 绝缘的每个部分的电应力相同) 条件下，因介电损耗而在总 绝缘中损耗的功率由下式确定： P = 彩C U2 t a n8 w 1 例如：对于C = 1 0 0 0p F ，f = 6 0 H z 的2 4 5l r v 电流互感器，t a n6 = 0 0 0 3 P = 2 0 瓦 对于8 0 0k V 电流互感器：2 1 0 瓦 在电流互感器中，随着电压的升高，介电损耗参数越来越关键，因此，应该对超高压电流互感器的热 稳定性进行测试。 当介电损耗和有源元件的焦耳效应产生的热量小于固体高压绝缘的散热能力时，可以达到热稳定性。 油膨胀补偿装置 电流互感器的高压绝缘可以由纸和油实现。在干燥处理前，绝缘纸在正常压力和温度条件下含有7 1 0 的水( 重量百分比) 。为了获得良好的纸或纸，油绝缘( 高介电强度和低介电损耗) ，必须使纸或薄膜( 取 决于绝缘类型) 中的含水量在0 1 0 2 之间。 纸或薄膜中所含的水与绝缘材料周围的水的分蒸汽压相平衡。因此，为了抽取水分，需要加热、真空 和时间。 在干燥过程中，在开始真空前，必须在大气压力下使温度达到1 0 0 。C 以上；如果温度太低或干燥过程 太快，在绝缘的深层部分中可能会结冰。在纸的干燥过程中，最高温度不应超过1 2 0 0 C ，以避免热老化。 在此温度下必须保持真空，以防止纸的老化。 在干燥过程中，绝缘材料的内部会存在温度与压力梯度，例如，在高压电流互感器中，如果绝缘厚度为 5 0 毫米，绝缘表面的温度与压力为1 1 0 “ C 1P a ，那么在绝缘中心的温度与压力大约为1 0 0 。C 5P a ( 见图7 ) 。 图6 显示了非浸渍纸中水分含量和t a n i 5 的关系。 应注意的是，把水分含量降低到0 1 以下不会进一步降低t a n 。 图7 显示了把纸的水分含量降低到规定值0 1 所需的干燥工艺条件：典型的参数为1 1 0 * C 和lP a 。所 需的时间( 天数) 取决于绝缘材料的厚度。 由于影响纸一油互感器绝缘材料的正常老化过程与油的性质密切相关，必须仔细选择优质的油。实际经 验表明，某些原油或精炼工艺会产生讨厌的极性化合物，影响绝缘油的电气绝缘强度、t a n 5 和其它特性。 选择劣质油或加工不不完全有可能显著缩短绝缘材料的使用寿命。 浸渍用油应干燥( 水分 使用由高强度粘土制造的专用陶瓷绝缘子 使用密封绝缘子法兰( 烧结) 使用减震装置 使用专门设计的法兰和底座 4 非常规互感器( N C I T ) A R E V AT & D 已经在这个大有前途的领域中有1 5 年经验，在各种应用中推出了一整套产品。 我们不断成功进行的实验室型式试验和现场试验表明，根据规范要求进行设计的传感器，并应用于高 压电网中在技术上是可行的。 对于各种配置，A R E V AT & D 都提供一个独特的辅助电子设备架，包括传感器电子设备和各种接口， 电子设备架与其保护等级和大多数电子仪表兼容。另外，我们还提供最近推荐的标准I E C6 1 8 5 0 9 2 。 由于详细介绍在所有配置中使用的全部传感器技术方案需要大量篇幅，因此下文中仅以采用“光传感 器”的A I S 自立式产品为例说明。 带有光传感器的电流互感器( C T O ) 是一个“自立式”的设备系列，能够测量高压线的电流，可用于计 量和保护。 单相装置包括：带有主光学传感器的测量头、带有光纤的复合绝缘予、带有光纤接线盒的底座、提供 全部必要光纤的光缆、以及C V C O M 架中的电子部件。 C T O 复合绝缘子： 支撑传感器头，承受应用中施加的机械力( 在任何位置：垂直、水平或悬挂) ： 把C T O 上部与底座隔离，绝缘子的高度与所用的电压等级相配； 容纳电流光学传感器和其冗余装置所需的光纤。 我们采用由高压线绝缘子发展而来的产品，装置的中间部分采用玻璃纤维环氧树脂棒制造， 脂螺旋罩保护。光纤集中在棒和硅树脂之间。 光缆： 光缆包裹着全部必要的光纤，并提供一些冗余光纤。C T O 底座中的光连接采用F C 连接器， 模2 0 0 1 2 3 0 光纤。 并用硅树 光纤为多 母线安装( 或断路器安装) 的光电流传蓐器( B M O ) B M O 是一个“悬挂式”设备系列，可以测量高压线的电流，也可以用于交接计量应用或防护应用。 由于其能够在变电站刚性母线上直接安装，因此最大限度地降低了空间要求。 光纤的下接通过连接在高压母线和地之间的小直径复合绝缘子实现。不需要基座。电流传感器、光缆 和电子模块的设计与C T O 的相同。 1 6 6 第五届输配电技术国际会议2005 断路器安装式B M O ( 8 0 0 千伏) 电子设备和接口 A R E V AT & D 开发了适合于A I S 和G I S 变电站中所用的全部类型N C I T 的组合装置( 称为C V C O M 3 0 0 S ) 。其主要功能包括： 为各种类型的f 传感器处理信号( 模拟和数字信号) ； 合并和同步3 相传感器线路( 3 I p 、I p 、3 U p 、U p ) ； 提供标准化接口：模拟和数字； 多点传送到多个I E D 设备； 传感器和电子设备的自我监视；辅助维护； 显示传感器设置；可能的变更 用于计量的模拟接口 计量放大输出。仅用于“计量”；由于测量的低动态性、有限带宽和有限输出功率，可以提供放大方 案。这些输出与电子仪表兼容。 电流：计量级：额定电流为lA r m s 电压：计量级：额定电压为1 2 0 V ，V r m s 组合装置一C V C O M 3 0 吣 C o n t r o l l e rB u s ：控制器总线S e n s o rM o d u l e s ：传感器模块I n t e r f a c e s ：接口 C o m m u n i c a t i o nB u s ：通信总线 u pt o1 2 ：最多1 2 个P o w e rS u p p l y ：电源 P o s s i b l ee x t e r n a ls y n c h r o n i z a t i o n ：可能的外部同步 S e t t i n g s ：设置 S e l f - m o n i t o r i n g ：自我监视 M a i n t e n a n c e ：维