■ 平高集團有限公司 李陽 王紅慶 平海濤

1 概述

隨著GIS（氣體絕緣金屬封閉開關設備）需求量的不斷加，與其配套的氣體絕緣電壓互感器的用量不斷增長，結合252kV GIS配套用電壓互感器產品研制過程中遇到的問題及解決方法，就該產品設計過程中應注意的幾個問題淺談個人的看法。

2 產品結構及特點

252kV GIS配套用電壓互感器的總體結構采用罐式，具體結構見圖1。產品主要由器身、罐體、盆式絕緣子組成。

如圖2所示器身包括低壓繞組（二次繞組）、高壓繞組（一次繞組）、 鐵心、 鐵心屏蔽和繞組屏蔽等；殼體上裝有爆破片、二次出線端子盒和充氣閥門等；盆式絕緣子能夠使互感器與GIS氣室相隔離，使產品具有獨立的氣室；該產品高壓繞組的高壓引線通過導電管直接引到盆式絕緣子的中心導體上，而盆式絕緣子另一端通過電連接、導電桿實現與GIS的對接；該產品本身不具有外絕緣結構，在進行高壓試驗時需要安裝到專門設計的試驗工裝上。

3 器身設計

器身設計主要包括主絕緣、鐵心、繞組誤差、繞組層間及繞組之間絕（緣縱絕緣）的設計計算。

252kV GIS配套用電壓互感器主絕緣為SF6氣體，縱絕緣（即繞組絕緣）為聚酯薄膜。由于SF6氣體的沖擊系數較小，因此主絕緣結構設計時主要以保證雷電沖擊電壓下的耐電強度為原則。

該產品SF6氣體最低工作壓力(20℃)：0.35MPa（相對氣壓） ，額定工作壓力(20℃)：0.45MPa（相對氣壓）；環(huán)境溫度：-25℃～+40℃；雷電沖擊電壓值：1050kV（峰值）；。一次繞組的工頻耐壓：460kV，40s（有效值），150HZ。該產品器身在罐體內的布置（俯視）如圖3所示。

由于該產品主絕緣介質（SF6氣體）單一，建立合適的模型，運用有限元計算軟件對主絕緣電場進行計算，確定絕緣距離、鐵心屏蔽和繞組屏蔽的設計是否合理，雷電沖擊電壓1050 kV下，電場計算結果如圖4所示。

SF6氣體間隙的工程擊穿場強(雷電沖擊電壓(-1.2/50μ s))為：

Ebt=75(10p)0.75 kV/cm

p為氣壓（絕對氣壓），單位：MPa。

在該產品SF6氣體最低工作壓力(20℃)：0.35MPa（相對氣壓）下，電場場強允許值為：

Ebt=231.7238 kV/cm=23.1238 kV/mm

電場設計計算（圖4）其電場最大值為21.649 kV/mm，設計裕度為：1.4748 kV/mm，滿足設計要求。需要注意的是殼體、鐵心屏蔽、繞組屏蔽及三者之間的絕緣距離設計必須經過電場的計算，且在裝配時嚴格控制裝配尺寸，才能保證產品性能的可靠。

如圖5所示252kV GIS配套用電壓互感器的鐵心為單相雙柱式（單心柱），一般做成口字形，兩鐵軛及兩心柱間的距離由主絕緣電場計算決定。鐵軛兩側的夾件通過穿心螺桿將鐵心片夾緊使其平整不松動， 同時， 通過夾件可以將器身固定到殼體上。鐵心的截面設計是根據電壓比、 準確級、 負荷等參數并結合繞組的結構形式、 運行方式 （是否有效接地） 按照常規(guī)電磁式電壓互感器計算方法確定。

252kV GIS配套用電壓互感器的低壓繞組（二次繞組）的設計可參照普通油浸電壓互感器的設計方法進行，高壓繞組（一次繞組）的結構形式有兩種，一種是矩形結構（圖6），一種是梯形結構也叫寶塔形結構（圖7）?？紤]到矩形結構繞組繞制工藝簡單，選用矩形結構繞組。

繞組的層絕緣應以保證工頻試驗電壓下的耐電強度為原則，沿繞組表面的爬電問題要考慮工頻和沖擊兩種電壓，同時還要保證零表壓下的工頻耐電強度。繞組誤差的設計計算，互感器原理與設計相關的文獻（教材）已有詳細的介紹，這里不再詳述。

4 試驗工裝設計

252kV GIS配套用電壓互感器正常運行時是安裝在GIS上，無外絕緣結構，在進行誤差、工頻耐壓等廠內試驗及雷電沖擊型式試驗時，需設計試驗工裝（圖8、圖9）。

252kV GIS配套用電壓互感器試驗工裝的結構采用絕緣套管、導電桿、電連接、支柱屏蔽罩、過渡法蘭組合裝配。其中電連接一端與盆式絕緣子連接，另一端與導電桿相連；支柱屏蔽罩用于屏蔽絕緣套管的下法蘭：過渡法蘭作為互感器與絕緣套管的中間連接體。在1050kV雷電沖擊電壓下運用有限元計算軟件對其主絕緣電場進行計算，驗證其電場分布，具體計算結果如圖10所示。

計算結果最大值為21.055 kV/mm，在該產品SF6氣體最低工作壓力(20℃)：0.35MPa（相對氣壓）下，電場場強允許值為：

Ebt=23.1238 kV/mm（具體計算見器身設計部分），設計裕度為：2.0688 kV/mm，滿足設計要求。值的注意的是試驗工裝零部件的設計主要考慮自制件的設計（電連接、導電桿、電連接、支柱屏蔽罩、過渡法蘭）；絕緣套管由專業(yè)的制造廠家生產，盆式絕緣子由GIS生產廠家提供。

5 結束語

252kV GIS配套用電壓互感器是針對用戶的要求研制的，通過該產品的研制為集團公司研制同類型其他電壓等級的電壓互感器積累了經驗。同時該產品通過了型式試驗，驗證了設計計算的正確性。

1.嚴璋，朱德恒.高電壓絕緣技術.北京：中國電力出版社，2007.

2.肖耀榮，高祖綿.互感器原理與設計基礎.沈陽：遼寧科學技術出版社，2003.

3.陳天翔，王寅仲、海世杰.電氣試驗.北京：中國電力出版社，2008.

4.GB1207-2006電磁式電壓互感器.北京：中國標準出版社，2007.