電流互感器繞包及真空浸漬工藝研究

王增文，黃楚秋，林 峰，王 義，唐旺先，歐慶雄，侯光濤，沈程煉

（桂林電力電容器有限責(zé)任公司，廣西 桂林 541004）

0 引言

中國能源行業(yè)快速發(fā)展，已成為全球最大的能源生產(chǎn)國、消費(fèi)國，當(dāng)前電網(wǎng)建設(shè)是我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的投資重點(diǎn)。高壓互感器作為電網(wǎng)建設(shè)不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備之一，用于高壓、超高壓、特高壓的電力系統(tǒng)中，為電氣測量儀器儀表和控制裝置、電能計(jì)量、繼電保護(hù)等傳遞信息，擔(dān)負(fù)著“提供電壓信號、通訊信號”和“提供電流信號”作用[1-2]，CT 的介損和局放不合格，還將導(dǎo)致產(chǎn)品爆炸。因此，研發(fā)CT 的關(guān)鍵技術(shù)是一二次繞組的繞包工藝和真空浸漬工藝，本研究重點(diǎn)探討110 kV 電流互感器的一次導(dǎo)體的繞制和浸漬制造工藝。

1 CT 的一次繞組的繞包工藝研究

CT 的工藝制造過程主要包括：生產(chǎn)清潔周期操作、一次繞組絕緣繞包、裝配、油處理、真空浸漬、熱烘試漏、油漆包裝等，其中一次繞組的繞包、軟連接及裝配工藝和真空浸漬工藝是本節(jié)論述的關(guān)鍵技術(shù)。

1.1 CT 的一次繞組的繞包

CT 一次繞組主絕緣結(jié)構(gòu)為復(fù)雜的幾何形狀，由圓環(huán)部分和直線部位構(gòu)成，因圓環(huán)部分的絕緣采用手工繞包，手工繞包的分散性，會(huì)給各層主屏厚薄帶來不均勻，直接影響絕緣性能。通過研究發(fā)現(xiàn)，圓環(huán)部分主屏用半導(dǎo)電皺紋紙繞制，絕緣層采用電纜紙和皺紋紙交替繞包，并在圓環(huán)外圍和幾何形狀過渡三角死區(qū)，采用開花電纜紙襯墊，可以保證各部位的絕緣強(qiáng)度，也減小手工繞包帶來的影響。

一次繞組的繞包制作中，繞包機(jī)紙盤機(jī)構(gòu)經(jīng)常搖擺震動(dòng)，不能有效儲(chǔ)紙、送紙，直接影響繞包質(zhì)量和效率。通過研究發(fā)現(xiàn)，繞包過程的震動(dòng)，是因?yàn)閾醢迮c紙盤間間隙過大有關(guān)，因此，設(shè)計(jì)了專用紙盤機(jī)構(gòu)，減小紙盤架的兩塊擋板與電纜紙盤間的間隙，就能減少搖擺震動(dòng)，還提高了紙盤架送紙到機(jī)頭存紙架之間的張力，使得存紙輪上的紙帶繞得更加緊實(shí)，保證了繞包絕緣的松緊度；同時(shí)在紙盤機(jī)上加裝儲(chǔ)送紙鎖定剎車片，使繞包機(jī)包紙輪接近儲(chǔ)滿紙時(shí)，繞包機(jī)自動(dòng)切斷紙帶，保證紙帶不再繼續(xù)儲(chǔ)紙，紙盤架上的壓板壓住紙帶不再繼續(xù)送紙，解決了紙盤架有效儲(chǔ)紙、送紙問題，保證了繞包的質(zhì)量。

通過對繞包機(jī)紙盤機(jī)構(gòu)的專用設(shè)計(jì)，減少了繞包震動(dòng)，增加了鎖定功能（圖1），裝紙簡單方便，提高了繞包質(zhì)量和效率。

圖1 紙盤機(jī)構(gòu)

1.2 一次導(dǎo)體軟連接焊接與裝配

產(chǎn)品的整體裝配主要包含器身裝配、一次出線裝配、二次出線裝配。一次繞組絕緣的一次導(dǎo)體直徑大、壁厚，裝配二次繞組以后難以收攏一次繞組絕緣的兩條腿，為此，設(shè)計(jì)了一次繞組收緊器，通過旋轉(zhuǎn)收緊器螺桿，可以輕松收攏一次繞組絕緣，從而確保了器身的順利裝配。

2 CT 真空浸漬工藝和參數(shù)設(shè)定

CT 掛網(wǎng)運(yùn)行后，發(fā)生介損回升、絕緣減弱，可能導(dǎo)致產(chǎn)品爆炸，為避免此類事故的發(fā)生，使介損、局放滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，除選用優(yōu)質(zhì)的電纜紙或皺紋紙外，絕緣的CT 真空浸漬工藝非常重要[3]。

CT 真空浸漬包括：加熱階段、抽真空階段、高I階段、充氮冷卻階段、高Ⅱ階段、真空注油浸漬階段[4]和破空浸漬階段。最終需要試驗(yàn)驗(yàn)證，使產(chǎn)品局部放電小于5pC，介質(zhì)損耗小于0.5%，滿足國標(biāo)GB /T 20840 的要求[1-2]。

2.1 工藝研究

在CT 產(chǎn)品干燥、真空浸漬、注油工藝研究過程中，真空浸漬工藝的空間溫度、真空度、處理時(shí)間等是CT 制造的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。為了將芯子絕緣層的水分、氣體抽干，油充分浸透芯子，需要經(jīng)過加熱、抽真空、氮?dú)馄瓶铡⒍纬檎婵铡⒌獨(dú)馄瓶铡⒏哒婵铡⒄婵兆⒂汀⒄婵战n、破空出罐等反復(fù)4～6 個(gè)來回的對比研究。

確定合適的CT 真空浸漬工藝參數(shù)，是制造CT的關(guān)鍵難題之一，為此，研制十多臺CT 試品，采用先進(jìn)的單抽單注工藝，在其抽真空浸漬過程中，通過在線監(jiān)測系統(tǒng)，對過程中的介質(zhì)損耗和電容進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，確定最好的真空浸漬工藝參數(shù)。其中第一階段選4 臺110 kV CT 試品，分別命名為A B C D，按4 個(gè)方案進(jìn)行浸漬過程和參數(shù)研究及損耗測試，工藝過程及測試結(jié)果，見表1、2、3、4。

表1 A 產(chǎn)品的真空浸漬工藝及損耗測試結(jié)果

表2 B 產(chǎn)品的真空浸漬工藝

表3 C 產(chǎn)品的真空浸漬工藝（包括第一、二次真空浸漬和除油處理工藝）

表4 D 產(chǎn)品的真空浸漬工藝

（2）試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比

為了進(jìn)一步驗(yàn)證一次繞組中不增加加壓工藝，又試制了3 臺試品E、F、G，按（4）點(diǎn)的工藝參數(shù)進(jìn)行真空浸漬處理，第一階段試品與第二階段試品的介損試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比看，都滿足國標(biāo)GB/T 20840.1-2010、GB/T 20840.2-2014 的要求（小于0.5%），明顯第二階段試品的介損0.21%要好于第一階段試品的介損0.259%，數(shù)據(jù)對比見表5。

表5 介損試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比

2.3 工藝改進(jìn)

根據(jù)以上試制測試數(shù)據(jù)結(jié)果，研究取消加壓的單抽單注浸漬工藝。第二階段試品不加壓單抽單注浸漬工藝后，通過型式試驗(yàn)驗(yàn)證，1.2Um/（5 min，方均根值）局部放電為4pC，一次繞組主絕緣介質(zhì)損耗為0.210%符合國家標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了國際先進(jìn)水平，具體數(shù)據(jù)見表6。

TL：Chinese Proverb-an outwardly attractive but worthless person

表6 介質(zhì)損耗、局部放電測試數(shù)據(jù)

（1）A、B 產(chǎn)品采用不同的單抽單注真空浸漬處理工藝后，解剖試品，發(fā)現(xiàn)一次繞組已浸透，不需進(jìn)行另外加壓工藝，介損和局放合格。

（2）C 產(chǎn)品不需加壓工藝，經(jīng)過除油和二次真空浸漬后，介損和局放合格。

（3）D 產(chǎn)品接線端子與瓷套間的密封墊圈變形、沒有完全貼合，導(dǎo)致一次出線端子出現(xiàn)漏油，局放15pC 超標(biāo)。

（4）E、F、G 產(chǎn)品不增加加壓工藝時(shí)，介損為0.210%和局放為4pC，合格。

綜合上述，通過調(diào)整優(yōu)化參數(shù)，真浸過程不增加加壓工藝，試驗(yàn)驗(yàn)證，除D 產(chǎn)品外，試品試驗(yàn)項(xiàng)目全部合格，滿足國標(biāo)GB/T 20840.1-2010、GB/T 20840.2-2014 的要求。

2.4 確定CT 真空浸漬工藝參數(shù)

通過反復(fù)調(diào)整浸漬工藝，并通過對比測試結(jié)果、試驗(yàn)驗(yàn)證，解剖查看絕緣材料浸漬效果，最終確定CT真空浸漬工藝參數(shù)。第一步，在atm（Pa）真空度下，加熱到110 ℃開始累計(jì)保持6 h；第二步，抽真空（真空、高真空I、高真空Ⅱ），在atm～50（Pa）真空度、75 ～110 ℃下，保持30 h；第三步，在50（Pa）真空度、75 ℃下真空注油、真空浸漬、在烘房內(nèi)自然降溫，保持15 h；第四步，空氣破空出罐，安裝膨脹器注油，3 h。

2.5 研制CT 真空浸漬油位控制器

注油是整個(gè)真空浸漬處理工藝的最關(guān)鍵階段，傳統(tǒng)的注油及油位都是利用手動(dòng)控制，勞動(dòng)強(qiáng)度高，生產(chǎn)效率低下，無法實(shí)時(shí)方便看到注油情況，嚴(yán)重制約真空浸漬的質(zhì)量水平。

通過壓板、筒體和浮球液位開關(guān)、信號線、真空管和進(jìn)油管、注油管和溢油管，對注油時(shí)對油位自動(dòng)控制，通過真空管進(jìn)行抽真空，實(shí)現(xiàn)玻璃筒油位控制器內(nèi)的真空控制，通過溢油管，實(shí)現(xiàn)油位雙重保護(hù)。

3 效果分析

110 kV 電流互感器是輸變電工程必不可少的關(guān)鍵電力裝備之一，CT 是筆者公司的首次研發(fā)，從一次繞組的繞包工藝、工裝設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)設(shè)定，展開了CT 工藝制造研究。

（1）通過對繞包材料的研究，發(fā)現(xiàn)采用半導(dǎo)電皺紋紙、電纜紙和皺紋紙交替繞包、開花電纜紙結(jié)構(gòu)，可以減小手工繞包對主屏厚薄絕緣性能的影響。

（2）采用帶鎖定送紙功能的專用繞包機(jī)紙盤機(jī)構(gòu)，保證了繞包絕緣的松緊度，提高了繞包質(zhì)量和效率。

（3）通過設(shè)計(jì)專用的軟連接整形夾、一次繞組收緊器，可以確保軟連接焊接質(zhì)量和器身的裝配方便。

（4）通過在線監(jiān)測真浸過程中的介損和電容，對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)，最終確定CT 真空浸漬工藝參數(shù)，采用單抽單注工藝，不增加加壓工藝等工藝手段，經(jīng)過第三方試驗(yàn)驗(yàn)證，保障了CT 的質(zhì)量。

（5）研制了CT 油位控制器，實(shí)現(xiàn)了注油時(shí)對油位自動(dòng)控制和抽真空。

4 結(jié)語

通過對一次繞組絕緣繞包、軟連接及裝配和真空浸漬工藝研究，提高了CT 的繞包質(zhì)量、電氣性能及生產(chǎn)效率，降低了人為因素干擾和降低了產(chǎn)品運(yùn)行的“爆炸”風(fēng)險(xiǎn)，通過發(fā)明油位控制器專利，提高了產(chǎn)品工藝水平。CT 產(chǎn)品通過了第三方試驗(yàn)驗(yàn)證，介損為0.21%，局部放電4pC，優(yōu)于國標(biāo)要求，通過了中國機(jī)械聯(lián)合會(huì)組織的國家級鑒定，達(dá)到國際先進(jìn)水平。