CN102969138A - 0﹒2Ss级特种高压计量电流互感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种0.2Ss级特种高压计量电流互感器，属于电流互感器。铁芯由两种同样尺寸的“L”形状芯片组合而成的，该“L”形状芯片的长边与短边比例为3:2；其中一种“L”形状芯片是坡莫合金材质芯片，另一种“L”形状芯片是冷轧硅钢材质芯片，在铁芯的各边上缠绕所需绕组。优点是结构新颖，铁芯的部分芯片采用坡莫合金：巧妙地利用不同材质铁芯形成的结构特点，形成线圈的分数匝数补偿，从而达到精确计量的目的。

Description

0﹒2Ss级特种高压计量电流互感器
技术领域
本发明属于一种特种高压计量电流互感器。
背景技术
变电站很多线路常常运行在弱小电流——弱磁场工况下，而现用高压互感器在此工况下测量不出来，造成各类贸易计量表计、监测仪表、监控微机无法正常工作。
这种弱小电流一般在互感器额定电流的千分段，从而主要形成下列三方面问题：a)传统高压互感器在额定电流的百分段才有测量性能，虽然误差较大，例如0.2S级互感器在十分之二以上才能达到±0.2%，而百分段为±0.3～±0.8%；b)靠改变变比无济于事，如600/5A的互感器即使变为100/5A，1.2A的弱小电流只能由原来的2‰ IN变成1.2% IN，以此来改变弱磁场测量性能根本不可能，靠此改变测量准确度更是杯水车薪；c)作为运行在高压线路上的一次设备，将高压互感器由600/5A降为100/5A，从保护角度出发，根本不可能被允许。
发明内容
本发明提供一种0.2Ss级特种高压计量电流互感器，以解决变电站很多线路常常运行在弱小电流——弱磁场工况下，而现用高压互感器在此工况下测量不出来，造成各类贸易计量表计、监测仪表、监控微机无法正常工作问题。
本发明采取的技术方案是：铁芯由两种同样尺寸的“L”形状芯片组合而成的，该“L”形状芯片的长边与短边比例为3:2；其中一种“L”形状芯片是坡莫合金材质芯片，另一种“L”形状芯片是冷轧硅钢材质芯片，具体组合结构是：将一片坡莫合金片和一片冷轧硅钢片拼装成“□”形状作为铁芯每一层的基础层，然后将奇数基础层和偶数基础层进行间隔式叠装，所述间隔式叠装方式是各奇数基础层都相同，各偶数基础层都相同，所述偶数基础层是把奇数基础层绕水平中心横向轴线翻转180度后得到的；
在坡莫合金片铁芯长边上缠绕电能计量绕组和监测绕组，最后1圈都从比邻的铁芯边绕出来；
在冷轧硅钢片铁芯长边上缠绕5P级的继电保护绕组一和5P级的继电保护绕组二；
在铁芯的两个短边分别缠绕3P级或5P级的继电保护绕组三和3P级或5P级的继电保护绕组四。
本发明一种实施方式是所述坡莫合金为含镍量70%～81%的铁镍合金。
本发明的优点是结构新颖，铁芯的部分芯片采用导磁材质材料――含镍70%～81%的坡莫合金：扩展了铁芯的新性能、实现了特种目的；设计出巧妙的铁芯叠装结构，充分考虑结构韧性、扩展性能、绕组用途、技术指标，形成独特的铁芯设计工艺理念；设计出独特的线圈绕制方式，充分利用铁芯结构形成的特点，形成不同绕组的“铁芯+线圈”误差补偿方法，即巧妙地利用不同材质铁芯形成的结构特点，形成线圈的分数匝数补偿，从而达到精确计量的目的。
本专利的主要技术指标：
a)一次电压：220/110/66/35 kV；
b)额定电流比：600/300/150/5 A; 2000/1000/1A；
c)级次组合：0.2Ss，0.2Ss（0.5Ss），3（5）P，3（5）P，5P，5P；
d)产品特点：在额定电流的千分段就有准确的测量性能、误差可以达到±0.2%，即自额定电流的千分段开始，就能准确地贸易计量、正常地监测、可靠地保护控制。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明“L”形坡莫合金材质芯片的结构示意图；
图3是本发明“L”形冷轧硅钢材质芯片的结构示意图；
图4是本发明一片坡莫合金片和一片冷轧硅钢片拼装成“□”形状，作为铁芯每一层的基础层的结构示意图；
图5是本发明铁芯的结构示意图。
具体实施方式
本发明所涉及的名词解释：“0.2Ss级”的含义：“0.2S”的含义表明其测量准确度达到了0.2S级高压互感器的规程要求，而第二个“s”说明此高压互感器可以准确地测量到额定电流的千分段。
本发明以下的实施例是以五片基础层为例来举例说明的，但本发明基础层不仅限于五片。
本发明所述3P级的继电保护绕组和5P级的继电保护绕组为本领域公识技术。
实施例1
铁芯由两种同样尺寸的“L”形状芯片组合而成的，该“L”形状芯片的长边与短边比例为3:2；其中一种“L”形状芯片是坡莫合金材质芯片1，另一种“L”形状芯片是冷轧硅钢材质芯片2，具体组合结构是：将一片坡莫合金片和一片冷轧硅钢片拼装成“□”形状作为铁芯每一层的基础层，然后将奇数基础层和偶数基础层进行间隔式叠装，所述间隔式叠装方法是各奇数基础层都相同，各偶数基础层都相同，所述偶数基础层是把奇数基础层绕水平中心横向轴线翻转180度后得到的；
在坡莫合金片铁芯长边上缠绕电能计量绕组3和监测绕组4，最后1圈都从比邻的铁芯边绕出来；
在冷轧硅钢片铁芯长边上缠绕5P级的继电保护绕组一5和5P级的继电保护绕组二6；
在铁芯的两个短边分别缠绕3P或5 P级的继电保护绕组三7和3P级或5P级的继电保护绕组四8。
本实施例中所述坡莫合金为含镍量70%的铁镍合金。
实施例2
本实施例中所述坡莫合金为含镍量75%的铁镍合金，其余结构同实施例1。
实施例3
本实施例中所述坡莫合金为含镍量81%的铁镍合金，其余结构同实施例1。
下面结合附图对发明作进一步说明。
图2和图3说明两种材质芯片的性能及其简单工艺： 高压互感器的铁芯一直采用冷轧硅钢片叠装，但它在额定电流千分段几乎没有导磁性能；为了实现弱小电流――弱磁场工况下高压电流互感器的测量性能，需要采用坡莫合金制作铁芯，但坡莫合金不仅非常昂贵，而且以其制作铁芯的绕组抗饱和性能也非常不好。所以，制作高压互感器的铁芯不能都采用昂贵的坡莫合金，同时为了继电保护绕组的抗饱和性能也不该都采用坡莫合金。
故此，本发明采用坡莫合金片和冷轧硅钢片进行巧妙地叠装，使高压互感器的同一个完整铁芯的不同区段为不同材质、发挥不同的导磁性能和测量性能。两种材质芯片制作成一样尺寸，有利于统一制作工艺，也有利于叠装、使空隙很小。两种“L”形状芯片的长边与短边比例为3:2，这样叠装成铁芯后高度比宽度略大一些，符合制作铁芯的一般理念，可以使线圈导线最省。
图4和图5说明不同材质芯片的叠装方式及铁芯结构特点：将一片坡莫合金片和一片冷轧硅钢片拼装成如图4所示的结构，作为铁芯的第一、三、五层芯片（奇数层），第二、四……层（偶数层）都是将像第一层的芯片绕水平轴翻转180度，然后进行奇数层和偶数层的间隔式叠装；这样，就形成了图5所示的叠装铁芯结构。
如此叠装形成的铁芯结构，巧妙地解决了如下问题：（1）4个直角采用两种材质芯片的间隔叠装，一层是同一材质芯片构筑的整体直角、一层是不同材质芯片拼装的构筑直角，互相叠压，从而使不同材质芯片叠装成统一的1个高压互感器铁芯，在绝缘纸和线圈的缠绕下不会“散架”。（2）形成1个通长都是坡莫合金的铁芯边供电能计量绕组和监测仪表绕组使用，在直角处不会被“不同材质结构”而削弱导磁性能；也形成了另1个通长都是冷轧硅钢片的铁芯边供一对继电保护5P绕组使用（一般都是双保护），在直角处也不会被“不同材质结构”而增强导磁性能、从而也就保证了其很高的抗饱和性能；（3）其它2个铁芯边均为间隔的坡莫合金片和冷轧硅钢片叠装而成，其弱磁场的导磁性能介于坡莫合金铁芯边和冷轧硅钢片铁芯边之间，可以制作成一对3P或5P的继电保护绕组，这样的一对可以用于双保护的绕组，还可以提高测量准确度，又可以使测量性能从额定电流百分段调宽到千分段。
图1说明本发明结构及绕组缠绕方式及其补偿方法：叠装成的铁芯有两个稍长的边，分别纯由坡莫合金片或冷轧硅钢片叠加而成，即使在拐角处沿着铁芯截面轴方向也是由坡莫合金片或冷轧硅钢片叠装而成，这样可以使其导磁率一致、而且最大化。
坡莫合金片铁芯边上缠绕“电能计量绕组”和“监测绕组”，最后1圈都从比邻的铁芯边绕出来，借用这两个比邻铁芯边导磁率降低一半左右，因为它们由不同材质芯片间隔叠装而成，相当于相同材质铁芯中间打孔穿线效果的特点，巧妙地利用“铁芯+线圈”的误差补偿方法完成了分数匝数补偿工作。两个绕组的等级分别为“0.2Ss级”、“0.2Ss级或0.5Ss级”，电能计量绕组完全满足了弱磁场工况下的高准确度（0.2S级）计量的要求；监测绕组可以根据用户需要，制成0.2Ss级或0.5Ss级的，该绕组完全能够满足弱磁场工况下的远动模数转换测量模块、运行监控微机、交流采样测量装置的测量输入准确度要求，使新能源用户在弱磁场工况下也能够准确地测量到运行电流的大小，利于运行监控。
冷轧硅钢片铁芯边上缠绕一对5P级的继电保护绕组，和传统高压互感器中的5P级继电保护绕组没有什么不同，主要用于主变双保护或母线双保护等。
其它两个铁芯边都是用坡莫合金片和冷轧硅钢片间隔叠装而成的，其弱磁场工况下的导磁性能介于纯坡莫合金铁芯边和纯冷轧硅钢片铁芯边的导磁性能之间，可以各绕制一组3P或5P的继电保护绕组，这样的一对可以用于双保护的绕组，即可以提高测量准确度，又可以使测量性能从额定电流百分段调宽到千分段。
在短边：由坡莫合金和冷轧硅钢片间隔叠装成的铁芯上绕制继电保护绕组的效果是使扩展了继电保护的测控范围，由原来的（1%IN~IN)扩展到(0.1%IN~IN)。    同样在长边：由纯坡莫合金片叠装成的铁芯上绕制电能计量绕组的效果是使扩展了计量电流的测量范围，由原来的(1%IN~IN)扩展到(0.1%IN~IN)。而从短边绕制一圈(相当于传统的半匝补偿)的目的就是把测量准确度由原来的3%或5%(都在坡莫合金上缠绕)提高到0.2%。相比原来在冷轧硅钢铁芯上绕线圈，一是额定电流的千分段它根本就不测量，二是测量准确度只能是5%，靠多缠细线并增粗铁芯的办法测量准确度也只能到3%。
在右长边(由纯冷轧硅钢片叠装)或上下短边上都可绕制继电保护绕组，由铁芯粗细和线圈的多少共同决定了右边上继保绕组对电流的测控准确度(灵敏度)是3%或5%;同样地，由短边上混合材质的粗细加上线圈的多少共同决定了上下边上继电保护绕组对电流的测控准确度是3%或5%。但需重申：上下边上继电保护绕组的测控范围比右边的宽，能测控到额定电流的千分段。

Claims (2)

1.一种0.2Ss级特种高压计量电流互感器，其特征在于：铁芯由两种同样尺寸的“L”形状芯片组合而成的，该“L”形状芯片的长边与短边比例为3:2；其中一种“L”形状芯片是坡莫合金材质芯片，另一种“L”形状芯片是冷轧硅钢材质芯片，具体组合结构是：将一片坡莫合金片和一片冷轧硅钢片拼装成“□”形状作为铁芯每一层的基础层，然后将奇数基础层和偶数基础层进行间隔式叠装，所述间隔式叠装方式是各奇数基础层都相同，各偶数基础层都相同，所述偶数基础层是把奇数基础层绕水平中心横向轴线翻转180度后得到的；
在坡莫合金片铁芯长边上缠绕电能计量绕组和监测绕组，最后1圈都从比邻的铁芯边绕出来；
在冷轧硅钢片铁芯长边上缠绕5P级的继电保护绕组一和5P级的继电保护绕组二；
在铁芯的两个短边分别缠绕3P级或5P级的继电保护绕组三和3P级或5P级的继电保护绕组四。
2.根据权利要求1所述的一种0.2Ss级特种高压计量电流互感器，其特征在于：所述坡莫合金为含镍量70%～81%的铁镍合金。
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