CN104267234A - 一种用于集成式智能隔离断路器的有源电子式电流互感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于集成式智能隔离断路器的有源电子式电流互感器，由一次电流传感器模块、数据采集模块、高压光信号传输模块构成，所述一次电流传感器模块采用Rogowski线圈作为保护线圈，微截面铁芯线圈作为计量、测量、自取能线圈，其中计量与测量共用一个微截面铁芯线圈；所述数据采集模块由数据采集终端箱、数据采集单元和呼吸器组成，所述数据采集终端箱采用具有圆弧式倒角设计的箱体作为作为电子元器件的密闭壳体，并且箱体上装有平衡内外侧气压的防水透气阀；所述高压光信号传输模块采用嵌入光纤式悬式绝缘子作为高压光信号的传输通道，所述嵌入光纤式悬式绝缘子由芯棒、伞裙、多根耐高温紧包光纤、端部金具构成。

Description

一种用于集成式智能隔离断路器的有源电子式电流互感器

技术领域

本发明涉及变电站电网技术，具体而言，涉及一种用于集成式智能隔离断路器的有源电子式电流互感器。

背景技术

随着智能电网的发展，变电站智能化同步推进，智能一次设备朝着集成化、小型化、低碳化、高效化的方向发展。将隔离开关、电流互感器、电压互感器以及断路器集成在一起的集成式智能断路器(又称隔离断路器)得到推广应用。

在传统的变电站架构中断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器相互独立，不仅一次设备的一体化程度低，缺少厂内一体化调试，而且变电站整体占地面积大，建设成本高，已经越来越不适应变电站的发展要求。因此，一种将断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器集成在一起的集成式智能断路器(又称隔离断路器)应运而生，并逐步得到推广应用。

随着电网规模的扩大，传统电磁式互感器固有的CT饱和、铁磁谐振等现象越发严重，需要采用新型的互感器来解决这些问题。与此同时，随着半导体技术、计算机技术、通信技术的发展，有源电子式互感器的研究和应用取得长足进步。有源电子式互感器具有无磁饱和、频率响应范围宽、精度高，暂态特性好等优点。

目前用于集成式智能隔离断路器的电流互感器采用空心线圈、低功率铁芯线圈作为测量元件，远端电子模块的输入端与线圈的二次引线相连接，远端电子模块的输出端与光缆相连接。线圈安装于互感器壳体内，套在断路器套管外侧。远端电子模块安装于盒体内，固定在互感器壳体外侧。光缆穿插在悬式绝缘子内组成光纤绝缘子，将远端电子模块的采样信号传送给保护、测控等装置。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明公开了一种用于集成式智能隔离断路器的新型有源电子式电流互感器，其直接套装在断路器灭弧室复合套管与支撑绝缘子之间的连接法兰上，而不需要改变断路器的内部结构。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于集成式智能隔离断路器的有源电子式电流互感器，它由一次电流传感器模块、数据采集模块、高压光信号传输模块构成，所述一次电流传感器模块采用Rogowski线圈作为保护线圈，微截面铁芯线圈作为计量、测量、自取能线圈，其中计量与测量共用一个微截面铁芯线圈；所述数据采集模块由数据采集终端箱、数据采集单元和呼吸器组成，所述数据采集终端箱采用具有圆弧式倒角设计的箱体作为作为电子元器件的密闭壳体，并且箱体上装有呼吸器，所述呼吸器是一种平衡内外侧气压的防水透气阀；所述高压光信号传输模块采用嵌入光纤式悬式绝缘子作为高压光信号的传输通道，所述嵌入光纤式悬式绝缘子由芯棒、伞裙、多根耐高温紧包光纤、端部金具构成。

上述的有源电子式电流互感器，其进一步特征在于：所述Rogowski线圈及微截面铁芯线圈作为一次电流的传感元件，用环氧树脂将线圈封装在开合式均压环内。线圈以大环套小环的方式排列；一个铁芯绕制两个或两个以上的绕组。所述一次电流传感器模块套装在集成式智能隔离断路器高压套管外侧，整体与断路器高压侧等电位。

上述的有源电子式电流互感器，其进一步特征在于：所述呼吸器是加装了膨体聚四氟乙烯薄膜的防水透气阀。所述一次电流传感器模块将一次大电流传变为小电压型号，所述数据采集单元就地采样，通过A/D转换将小电压信号转为数字信号，通过光纤将采样数据传送至二次接收装置；所述数据采集单元安装于具有圆弧式倒角设计的数据采集终端箱内。

上述的有源电子式电流互感器，其进一步特征在于：所述嵌入光纤式悬式绝缘子通过对芯棒外表面沿轴向螺旋刻槽，将耐高温紧包光纤埋入槽中，在真空状态下将硅橡胶通过高温硫化固化在芯棒表面以及光线槽中形成无气泡无缝隙的伞裙。

本发明具有以下优点：

1)一次电流传感模块整体与智能隔离断路器高压套管等电位，绝缘简单可靠。

2)Rogowski线圈和微截面铁芯线圈组成的一次电流传感器具有无磁饱和、频率响应范围宽、精度高，暂态特性好等优点。采用大环套小环的线圈排列方式以及一个铁芯(骨架)绕制两个或两个以上的绕组，大大降低了一次传感器的总高度，提高了集成式智能隔离断路器的绝缘裕度。

3)一次电流传感器封装在开合式均压环内，数据采集终端箱具有圆弧式倒角设计。如此，大大改善了集成式智能隔离断路器高压套管外侧的电场分布，提高了产品的安全性。

4)数据采集终端箱装有大透气量、细密多孔结构的EPTFEE(膨体聚四氟乙烯)的防水透气阀(呼吸器)，通过不断透气或气体交换来保持壳体内外两侧的压力平衡，阻止外界液态水的侵入，降低密封条、壳体所承受的应力。

5)断路器在分合的时候会产生比较大的振动，数据采集单元与终端箱之间缓冲垫的设计有效的降低了振动对数据采集单元的影响，提高了数据采集单元的可靠性。

6)嵌入光纤式悬式绝缘子一体化程度高，绝缘安全性高，其将互感器的一二次隔离，没有电气联系，安全裕度大大提高。

附图说明

图1为本发明集成式智能隔离断路器结构示意图。

图2为本发明集成式智能隔离断路器配套用新型有源电子式电流互感器外形图。

图3为本发明集成式智能隔离断路器配套用新型有源电子式电流互感器剖面图。

图中，100、集成式智能断路器；200、有源电子式电流互感器；1、一次电流传感器模块；2、数据采集模块；3、高压光信号传输模块；11、开合式均压环；12、环氧树脂；13、自取能线圈(自励源线圈)；14、Rogowski线圈；15、微截面铁芯线圈(超微晶铁芯线圈)；26、具有圆弧式倒角设计的数据采集终端箱；27、数据采集单元；28、缓冲垫；29、防水透气阀(呼吸器)；30、嵌入式光纤式悬式绝缘子。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

断路器的结构决定了电流互感器需安装在其高压侧灭弧室套管上，而互感器壳体上的棱边、尖角等曲率半径小的地方容易造成套管处的外电场分布不均匀，造成局放过大，对套管的绝缘性能造成影响。同样，远端电子模块的盒体其棱边、尖角等曲率半径小的地方也会造成集成式智能隔离断路器的外电场分布不均匀。

电流互感器需满足在户外恶劣环境下长期可靠运行的要求，特别是新型有源电子式电流互感器，其远端电子模块安装于密闭的壳体内，频繁承受着外界温度和气压变化带来的交变外力的负面影响，会导致壳体内产生一个低于外界气压的负压，甚至更大的真空。这样，空气或潮气便通过密封间隙进入壳体内部，潮气附着在壳体内凝结成水珠，一旦液态水进入密封腔体，就不容易被及时排出，在腔体内腐蚀灵敏的电子元器件，严重影响产品性能。温度的不断变化引发的负压还会使密封胶条随着应力作用而反复变化，最终使密封胶条产生疲劳，甚至失效。

悬式绝缘子主要由芯棒(内绝缘)、伞群护套(外绝缘)、端部金具组成，对芯棒沿轴向开孔，后将光缆从孔中穿过，并对上下接口处进行密封便组合成了光纤绝缘子。该方案中，光缆与孔壁间可能会存在细小的缝隙，特别是电压等级越高、光纤绝缘子越长，缝隙存在的可能性就越高，严重时会引发内壁的沿面闪络，导致光纤绝缘子被击穿。

由于受限于线圈的总体尺寸，互感器的整体高度偏高，降低了集成式智能隔离断路器的绝缘裕度。

本实施例采用Rogowski线圈及微截面铁芯线圈作为一次电流的传感元件，并将其封装在均压环内；采用具有圆弧式倒角设计的箱体作为电子元器件的密闭壳体，并且箱体上装有平衡内外侧气压的防水透气阀(又称呼吸器)；采用嵌入光纤式复合悬式绝缘子作为数据采样值的传输媒介。如此，大大提高了集成式智能隔离断路器的可靠性。

本实施例的用于集成式智能隔离断路器的新型有源电子式电流互感器，具体实现的外形结构如图1所示，为集成式智能隔离断路器结构示意图。如图1所示，本发明安装于集成式智能隔离断路器灭弧室高压套管外侧，与高压侧等电位。

如图2所示，集成式智能隔离断路器配套用新型有源电子式电流互感器外形图，本发明共由三部分构成，分别是一次电流传感器模块、数据采集模块、高压光信号传输模块，以下是对这三部分的详细说明。

1)一次电流传感器模块：

如图3所示，集成式智能隔离断路器配套用新型有源电子式电流互感器剖面图，一次电流传感器采用Rogowski线圈14作为保护线圈，自取能线圈13、微截面铁芯线圈15作为计量、测量、自取能线圈，其中计量与测量共用一个微截面铁芯线圈。用环氧树脂12将线圈封装在开合式均压环11内。

通过对线圈优化设计从而降低一次电流传感器的总高度，采取的措施有：线圈以大环套小环的方式排列；一个铁芯(骨架)绕制两个或两个以上的绕组。

2)数据采集模块：

如图3所示，一次电流传感器将一次大电流传变为小电压型号，数据采集单元27就地采样，通过A/D转换将小电压信号转为数字信号，通过光纤将采样数据传送至二次接收装置。数据采集单元27安装于具有圆弧式倒角设计的数据采集终端箱26内。

为了降低断路器分合造成的振动对数据采集单元27的影响，数据采集单元27与数据采集终端箱26之间加装了缓冲垫28。

数据采集终端箱26上加装了防水透气阀28以提高数据采集模块的可靠性。防水透气阀又称呼吸器，是由膨体聚四氟乙烯(EPTFE)薄膜、聚丙烯面料、网格加强筋通过高温热熔而成的防水透气膜与外壳通过特殊工艺结合而成。防水透气膜具有独特的微孔结构，其微孔直径为0.02～3.0μm，能有效地阻止液体、微尘颗粒通过，并且具有高效的透气性，能够让气体迅速通过，借助气体的迁移或交换，达到内外气压平衡。

3)高压光信号传输模块：

如图3所示，采用嵌入光纤式悬式绝缘子30作为高压光信号的传输通道，嵌入光纤式悬式绝缘子由芯棒(内绝缘)、伞群(外绝缘)、多根0.9mm耐高温紧包光纤、端部金具构成。其生产制造过程是通过对芯棒外表面沿轴向螺旋刻槽的方式，将0.9mm耐高温紧包光纤埋入槽中，在真空状态下将硅橡胶通过高温硫化等生产工艺固化在芯棒表面以及光线槽中形成无气泡无缝隙的伞裙。

本实施例的用于集成式智能隔离断路器的新型有源电子式电流互感器，

1)一次电流传感模块套装在集成式智能隔离断路器高压套管外侧，整体与断路器高压侧等电位；

2)一次电流传感器采用Rogowski线圈作为保护线圈，微截面铁芯线圈作为计量、测量、自取能线圈；

3)线圈以大环套小环的方式排列，一个铁芯(骨架)绕制两个或两个以上的绕组，以有效降低一次电流传感模块的高度；

4)一次电流传感器封装在开合式均压环内，大大改善了智能隔离断路器高压电场分布；

5)数据采集终端箱设计有圆弧式倒角，加装了膨体聚四氟乙烯(EPTFE)薄膜的防水透气阀(呼吸器)；

6)数据采集单元与终端箱之间设计有缓冲垫；

7)采用嵌入光纤式悬式绝缘子作为高压光信号传输通道。嵌入光纤式悬式绝缘子采用无气泡无缝隙的光纤刻槽真空高温硫化硅橡胶光纤绝缘子。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，应理解该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改或应用范围的拓展均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种用于集成式智能隔离断路器的有源电子式电流互感器，其特征在于：它由一次电流传感器模块、数据采集模块、高压光信号传输模块构成， 

所述一次电流传感器模块采用Rogowski线圈作为保护线圈，微截面铁芯线圈作为计量、测量、自取能线圈，其中计量与测量共用一个微截面铁芯线圈； 

所述数据采集模块由数据采集终端箱、数据采集单元和呼吸器组成，所述数据采集终端箱采用具有圆弧式倒角设计的箱体作为作为电子元器件的密闭壳体，并且箱体上装有呼吸器，所述呼吸器是一种平衡内外侧气压的防水透气阀； 

所述高压光信号传输模块采用嵌入光纤式悬式绝缘子作为高压光信号的传输通道，所述嵌入光纤式悬式绝缘子由芯棒、伞裙、多根耐高温紧包光纤、端部金具构成。 

2.根据权利要求1所述的有源电子式电流互感器，其特征在于：所述Rogowski线圈及微截面铁芯线圈作为一次电流的传感元件，用环氧树脂将线圈封装在开合式均压环内。 

3.根据权利要求2所述的有源电子式电流互感器，其特征在于：线圈以大环套小环的方式排列；一个铁芯绕制两个或两个以上的绕组。 

4.根据权利要求1、2或3所述的有源电子式电流互感器，其特征在于：所述一次电流传感器模块套装在集成式智能隔离断路器高压套管外侧，整体与断路器高压侧等电位。 

5.根据权利要求1所述的有源电子式电流互感器，其特征在于：所述呼吸器是加装了膨体聚四氟乙烯薄膜的防水透气阀。 

6.根据权利要求1所述的有源电子式电流互感器，其特征在于：所述呼吸器是由膨体聚四氟乙烯薄膜、聚丙烯面料、网格加强筋通过高温热熔而成的防水透气膜与外壳通过工艺结合而成。 

7.根据权利要求6所述的有源电子式电流互感器，其特征在于：所述防水透气膜具有独特的微孔结构，其微孔直径为0.02～3.0μm，能有效地阻止液体、微尘颗粒通过，并且具有高效的透气性，能够让气体迅速通过，借助气体的迁移或交换，达到内外气压平衡。 

8.根据权利要求1所述的有源电子式电流互感器，其特征在于：所述数据采集单元与所述数据采集终端箱之间设有缓冲垫。 

9.根据权利要求5至8之一所述的有源电子式电流互感器，其特征在于：所述一次电流传感器模块将一次大电流传变为小电压型号，所述数据采集单元就地采样，通过A/D转换将小电压信号转为数字信号，通过光纤将采样数据传送至二次接收装置；所述数据采集单元安装于具有圆弧式倒角设计的数据采集终端箱内。 

10.根据权利要求1所述的有源电子式电流互感器，其特征在于：所述嵌入光纤式悬式绝缘子通过对芯棒外表面沿轴向螺旋刻槽，将耐高温紧包光纤埋入槽中，在真空状态下将硅橡胶通过高温硫化固化在芯棒表面以及光线槽中形成无气泡无缝隙的伞裙。