CN106125221A - 一种用于电力设备的光纤套管及电子式电流互感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电力设备的光纤套管及电子式电流互感器，该光纤套管包括光纤本体、环氧玻璃纤维管和伞裙护套，环氧玻璃纤维管为环氧玻璃纤维绕制成型的中空管，光纤本体从环氧玻璃纤维管的一端穿入并经环氧玻璃纤维管内部的中空部分从另一端穿出，中空部分充有气体或油，穿过光纤本体的环氧玻璃纤维管的两端密封，伞裙护套设置在环氧玻璃纤维管的外表面。该用于电力设备的光纤套管能够降低对工艺的要求，并具有电气性能好以及安全性能高等优点，其保偏光纤特性也满足电子式电流互感器的使用需求。

Description

一种用于电力设备的光纤套管及电子式电流互感器

技术领域

本发明涉及一种电力设备技术领域，特别是一种用于电力设备的光纤套管及采用上述光纤套管的电子式电流互感器。

背景技术

电流互感器是电力系统中继电保护与电能计量的重要设备，用来测量传输中的电流大小，并将测量到的电流大小发送至测量仪器和继电保护装置。其长期稳定性、可靠性、安全性与电力系统的安全、稳定运行密切相关。全光纤电流互感器基于法拉第磁光效应及安培环路定律，采用数字控制技术，具有安全、准确、交直流兼容测量等特点，适应智能电网的新需求。全光纤电流互感器包括敏感单元、采集单元和保偏光纤，通过保偏光纤进行一次二次之间的信号传递。

传统的用于电力设备的保偏光纤(简称光纤)通常设置在套管中形成光纤套管，并在光纤与套管之间填充胶，这种光纤强度差易受应力挤压影响性能，且该光纤套管中光纤与胶之间以及胶与套管之间在高低温下由于膨胀系数不同会出现气隙，在应用时，进行一次二次之间的信号传递，即从高电压向低电压传递信号时，存在的气隙会影响电场分布，导致电场不均匀，出现放电情况，影响电气性能和电场环境，且长时间使用后会因为有湿气而影响安全性能。

另外一种光纤套管是将光纤设置为紧套型保偏光纤，是护套紧密套在纤芯外表面，需采用一外表面设有凹槽的环氧玻璃钢桶，将紧套型保偏光纤绕制在环氧玻璃钢桶的凹槽内，该技术存在的缺点是需要对环氧玻璃钢桶开槽，这对工艺有较高的要求，且对外表面设有凹槽的环氧玻璃钢桶的表面光洁度也有要求，此外，在安装时是通过分段点胶来固定光纤，整个工艺过程十分复杂，且由于热胀冷缩发生使得光纤存在可靠性差等问题。

发明内容

本发明针对传统的用于电力设备的光纤套管因存在气隙导致影响电气性能和安全性能以及绕制在环氧玻璃钢桶的凹槽内存在工艺要求高以及工艺复杂等问题，提供一种新型的用于电力设备的光纤套管，能够降低对工艺的要求，并具有电气性能好以及安全性能高等优点，可更好地满足电子式电流互感器的使用需求。本发明还涉及一种采用上述光纤套管的电子式电流互感器。

本发明的技术方案如下：

一种用于电力设备的光纤套管，其特征在于，包括光纤本体、环氧玻璃纤维管和伞裙护套，所述环氧玻璃纤维管为环氧玻璃纤维绕制成型的中空管，所述光纤本体从环氧玻璃纤维管的一端穿入并经环氧玻璃纤维管内部的中空部分从另一端穿出，所述中空部分充有气体或油，穿过光纤本体的环氧玻璃纤维管的两端密封，所述伞裙护套设置在环氧玻璃纤维管的外表面。

所述光纤本体包括热塑性树脂护套和纤芯，所述热塑性树脂护套紧密包覆在纤芯的外表面。

所述光纤本体中的热塑性树脂护套内沿长度方向设置有线型的纤维增强复合塑料，所述纤维增强复合塑料沿热塑性树脂护套的轴线方向呈左右和/或上下对称设置。

所述光纤本体的径向截面方向由内向外包括纤芯、芳纶和光纤护套，所述光纤本体两端通过胶水封堵。

所述中空部分充有气体时，所述气体为六氟化硫气体或氮气，或六氟化硫气体和氮气的混合气；所述中空部分充有油时，所述油为矿物油；

和/或，所述环氧玻璃纤维管的两端均设置有用于固定的法兰。

一种采用上述的光纤套管的电子式电流互感器。

所述电子式电流互感器为全光纤电流互感器，所述光纤套管中的光纤本体的一端与全光纤电流互感器的敏感单元相连，所述光纤本体的另一端经环氧玻璃纤维管的中空部分穿出后与全光纤电流互感器的采集单元相连。

所述全光纤电流互感器在与智能隔离断路器安装应用时，所述环氧玻璃纤维管采用智能隔离断路器的套管，所述敏感单元安装在智能隔离断路器的套管上端部，光纤本体穿过智能隔离断路器的套管内部，套管底端部引出光纤本体连接至采集单元。

所述全光纤电流互感器为支柱式或悬式全光纤电流互感器，所述全光纤电流互感器与支柱式绝缘子或与悬式绝缘子安装应用，所述敏感单元安装在支柱式绝缘子或悬式绝缘子的上端部的金具内，所述环氧玻璃纤维管采用支柱式绝缘子或悬式绝缘子，光纤本体穿过支柱式绝缘子或悬式绝缘子的内部，支柱式绝缘子或悬式绝缘子底端部引出光纤本体连接至采集单元。

所述光纤本体与敏感单元的光纤为一体式或两者相互熔接。

本发明的技术效果如下：

本发明提供的用于电力设备的光纤套管，适用于电子式电流互感器优选如全光纤电流互感器等电力设备在应用时的一次二次之间的信号传递，包括光纤本体、环氧玻璃纤维管和伞裙护套，光纤本体从环氧玻璃纤维管的一端穿入并经环氧玻璃纤维管内部的中空部分从另一端穿出，中空部分充有气体或油，穿过光纤本体的环氧玻璃纤维管的两端密封，光纤本体从环氧玻璃纤维管内部的中空部分穿过，且在中空部分充有气体或油，气体或油起到灭弧绝缘的作用，避免了传统的光纤套管因为在光纤本体和环氧玻璃纤维管之间填充胶会存在气隙导致电场不均匀从而影响电气性能和安全性能的问题，本发明的光纤套管当从高电压向低电压传递信号时，电场分布不会受到影响更不会出现放电现象，可以长时间使用，提高了安全性能。光纤本体直接从环氧玻璃纤管内部穿过，即直穿式，无需在环氧玻璃纤维管的外表面设置凹槽，也无需严格要求环氧玻璃纤维管的表面光洁度，降低了对环氧玻璃纤维管的制作工艺的要求，降低了成本，光纤本体便于安装，降低了整个工艺过程，结构也比较简单，具有电气性能好以及安全性能高等优点，其保偏光纤特性也满足电子式电流互感器的使用要求。伞裙护套设置在环氧玻璃纤维管的外表面，保护光纤本体和环氧玻璃纤维管形成的芯棒免受气候影响和电蚀作用，并提供所需的爬电距离。

光纤本体优选包括热塑性树脂护套和纤芯，热塑性树脂护套紧密包覆在纤芯的外表面形成一种特定结构的紧套型保偏光纤，使得整个光纤本体具有完全填实的截面，不存在空隙，热塑性树脂护套理解为是光纤本体的外表皮，也可称为绝缘光缆外表皮或光缆护套，采用耐高温的热塑性树脂材料的绝缘光缆外表皮防水、防油、耐腐蚀、阻燃，可长期耐受六氟化硫气体及其在高电压下可能存在的分解物(如低氟化物及氢氟酸)环境，有效的保证光纤本体的电气绝缘性能，可在广泛的温度及频率范围内保持良好的电性能；并且具有较高的耐热性、优异的耐水性；阻燃性良好，具有自熄性且不含卤素，无毒对环境友好。该紧套型保偏光纤具有比现有的保偏光纤高得多的抗张抗压强度，如长度方向上抗张强度可达80-100N，抗压强度短期可达150N/dm；长期25N/dm，使用温度范围可到-40℃-+85℃，其保偏光纤特性更好地满足电子式电流互感器的使用要求。

优选在本发明提供的光纤本体中的热塑性树脂护套内沿长度方向设置有线型的纤维增强复合塑料，且其沿热塑性树脂护套的轴线方向呈左右和/或上下对称设置，该纤维增强复合塑料可称为是加强线，起到进一步加强保偏光纤本体的抗张抗压特性，提高整个保偏光纤的电气性能和可靠性。

光纤本体也可以采用松套型结构，优选光纤本体的径向截面方向由内向外包括纤芯、芳纶和光纤护套，光纤本体两端通过胶水封堵，也就是说将光纤本体两端密封从而避免纤芯和芳纶之间、芳纶自身、芳纶和光纤护套之间由于热胀冷缩存在气隙产生的种种问题，该结构的光纤本体如长度方向上抗张强度可达60-100N，抗压强度短期可达500N/dm；长期100N/dm，做冷、热真空试验时采取该方式，温度范围-40℃-+70℃，真空度7x10^-5Pa，每个循环144hrs，共计5个循环，工作正常，未发生任何泄漏，其保偏光纤特性同样能够更好地满足电子式电流互感器的使用要求。

本发明还涉及保护采用上述特定结构光纤套管的电子式电流互感器，优选适用全光纤电流互感器，包括敏感单元、采集单元以及本发明上述的特定结构与高电气性能安全性能的光纤套管，能够满足智能变电站的要求，有利于被推广应用。该全光纤电流互感器与智能隔离断路器安装应用时，环氧玻璃纤维管可直接采用智能隔离断路器的套管，即光纤本体穿过智能隔离断路器的套管内部，将智能隔离断路器原有的套管作为本发明光纤套管中的环氧玻璃纤维管，最大程度地利用智能隔离断路器自身结构，降低成本，并使得本发明光纤套管与智能隔离断路器之间具备兼容性，提高了全光纤电流互感器与智能隔离断路器的集成度。该全光纤电流互感器作为支柱式或悬式全光纤电流互感器时，利用原本设置的支柱式绝缘子或悬式绝缘子作为环氧玻璃纤维管，最大程度地利用支柱式绝缘子或悬式绝缘子自身结构，降低成本，提高了全光纤电流互感器与绝缘子的集成度。

附图说明

图1为本发明用于电力设备的光纤套管的一种优选结构示意图。

图2a和图2b为本发明用于电力设备的光纤套管中的光纤本体的两种截面结构示意图。

图3为本发明用于电力设备的光纤套管中优选的光纤本体的截面结构示意图。

图4为本发明用于电力设备的光纤套管的另一种优选结构示意图。

图5为本发明的全光纤电流互感器与智能隔离断路器安装应用的结构示意图。

图6为本发明的全光纤电流互感器为支柱式全光纤电流互感器应用的结构示意图。

图7为本发明的全光纤电流互感器为悬式全光纤电流互感器应用的结构示意图。

图中各标号列示如下：

1－光纤本体；101－纤芯；102－热塑性树脂护套；103－纤维增强复合塑料；104－芳纶；105－光纤护套；2－环氧玻璃纤维管；3－伞裙护套；4－法兰；5－密封结构；6－敏感单元；7－智能隔离断路器的套管；8－SF6气体；9－镀锌钢管；10－控制柜；11－采集单元；12－支柱式绝缘子；13－母排；14－悬式绝缘子；15－抱箍；16－管母。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

本发明涉及一种用于电力设备的光纤套管，适用于如电子式电流互感器(优选全光纤电流互感器)等电力设备在应用时的一次二次之间的信号传递，该光纤套管的结构如图1和图4所示，包括光纤本体1、环氧玻璃纤维管2和伞裙护套3。该环氧玻璃纤维管2具体为环氧玻璃纤维绕制成型的中空管，也可称为空心的环氧玻璃纤维绕制成型管，为了更清楚显示，图4所示实施例显示的半剖图，光纤本体1从环氧玻璃纤维管2的中空部分穿过，也就是说，光纤本体1从环氧玻璃纤维管2的一端穿入并经环氧玻璃纤维管2内部的中空部分从另一端穿出，该中空部分可充气体或充油，气体一般为六氟化硫气体或氮气或两者的混合气，油一般为矿物油如变压器油等，气体或油的作用为灭弧绝缘。穿过光纤本体1的环氧玻璃纤维管2的两端密封，如图4设置的密封结构5，保证本发明用于电力设备的光纤套管的电气性能。伞裙护套3设置在环氧玻璃纤维管的外表面，该伞裙护套3通常由硅橡胶制成，具有较强的憎水性，保护环氧玻璃纤维棒免受气候影响和电蚀作用，使得环氧玻璃纤维管具有优异耐湿耐污性能，并提供所需的爬电距离。优选地，在环氧玻璃纤维管2的两端均设置有法兰4，如图1和图4所示的端部上下均设置的法兰4，起到固定作用。

其中，光纤本体1可采用松套型结构或采用紧套型结构，如图1所示实施例中的光纤本体可认为是采用松套型结构，如图2a所示的光纤本体的结构，此时光纤本体的径向截面方向由内向外包括纤芯101、芳纶104和光纤护套105，即理解为三层结构层层包裹，或将芳纶104理解为是在纤芯101和光纤护套105之间的填充纤维结构，光纤护套105的材料可选择ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)，为避免纤芯101和芳纶104之间、芳纶104自身、芳纶104和光纤护套105之间由于热胀冷缩存在气隙产生的种种问题，将光纤本体两端通过胶水整体封堵，也就是说将光纤本体两端完全密封，光纤本体穿制及封堵过程中严格控制环境湿度，一般在30％-40％左右，该结构的光纤本体如长度方向上抗张强度可达60-100N，抗压强度短期可达500N/dm；长期100N/dm，做冷、热真空试验时采取该方式，温度范围-40℃-+70℃，真空度7x10^-5Pa，每个循环144hrs，共计5个循环，工作正常，未发生任何泄漏，其保偏光纤特性同样能够更好地满足电子式电流互感器的使用要求。

图4所示实施例中的光纤本体可认为是优选采用紧套型结构，如图2b所示的光纤本体的结构，包括纤芯101和热塑性树脂护套102，热塑性树脂护套102紧密包覆在纤芯101的外表面以形成一种特定结构的紧套型保偏光纤，光纤本体1或称为(保偏光纤本体)可理解为是一种绝缘光缆，其在制造时采取严格工艺要求，避免在生产过程中进入空气，保证整个光纤本体1具有完全填实的截面，不存在空隙；热塑性树脂护套102可理解为是绝缘光缆外表皮或光缆护套，采用耐高温的热塑性树脂材料制成，如聚苯醚(PPE)或其它热塑性树脂材料，热塑性树脂材料电性能稳定，可在广泛的温度及频率范围内保持良好的电性能；具有良好的机械性能，尺寸稳定性好；具有较高的耐热性、优异的耐水性；阻燃性良好，具有自熄性且不含卤素，无毒对环境友好；耐腐蚀性好，可长期耐受六氟化硫(SF6)气体及其在高电压下可能存在的分解物(如低氟化物及氢氟酸)环境，有效的保证光纤本体的电气绝缘性能。该光纤本体1通过光纤拉制工艺制备以保证光缆内部为完全填实的截面，长度方向上抗张强度可达80-100N，抗压强度短期可达150N/dm；长期25N/dm，使用温度范围可到-40℃～+85℃。当从高电压向低电压传递信号时，电场分布不会受到影响更不会出现放电现象，可以长时间使用，提高了安全性能，同时该光纤本体具有比现有的紧套型保偏光纤高得多的抗张抗压强度。

进一步地，光纤本体1中还可设置加强线，比如在热塑性树脂护套2内沿长度方向设置有线型的纤维增强复合塑料103，如图3所示的光纤本体1的截面结构，该线型的纤维增强复合塑料103即为加强线，可称为FRP，可设置两根或四根，当纤维增强复合塑料103设置两根时，可以沿热塑性树脂护套102的轴线方向呈左右对称设置，或者呈上下对称设置；当纤维增强复合塑料103设置四根时，可如图3所示的沿热塑性树脂护套102的轴线方向同时呈左右对称和上下对称设置。设置线型的纤维增强复合塑料103起到进一步加强光纤本体1的抗张抗压特性，从而提高整个光纤套管的电气性能和可靠性。

本发明上述的光纤套管适用于各类电子式电流互感器中，故本发明的目的还涉及保护一种采用上述光纤套管的电子式电流互感器。尤其适用于采用上述光纤套管的全光纤电流互感器，全光纤电流互感器也为电子式电流互感器的一种。本发明的全光纤电流互感器，包括敏感单元、采集单元和采用上述如图1或图4所示的光纤套管，光纤套管中的光纤本体的一端与全光纤电流互感器的敏感单元相连，光纤本体的另一端经环氧玻璃纤维管的中空部分穿出后与全光纤电流互感器的采集单元相连。采集单元用于全光纤电流互感器的电流采集，包括电路板和光学器件，其中，光学器件通常包括光源、分光器件、相位调制器、光电探测器等器件，电路板通常包括集成在一起的AD采集电路、数字信号处理电路和DA驱动电路等，电路板和光学器件中的各组成部分之间为常用连接关系；敏感单元通常包括依次连接的波片、敏感光纤环和反射镜；光纤本体的一端与敏感单元相连可理解为是光纤本体的一端通过波片与敏感光纤环相连，光纤本体的另一端与采集单元相连可理解为是光纤本体的另一端与敏感单元的相位调制器相连。

本发明的全光纤电流互感器与智能隔离断路器安装应用时，其结构如图5所示，智能隔离断路器自身带有套管7，在与全光纤电流互感器安装应用时，全光纤电流互感器的环氧玻璃纤维管2直接采用为智能隔离断路器的套管7，无需额外设置环氧玻璃纤维管，敏感单元6安装在智能隔离断路器的套管7上端部，光纤本体1穿过智能隔离断路器的套管7内部，套管7底端部引出光纤本体1连接至采集单元11。具体可以是在智能隔离断路器的套管7底端部引出光纤本体1后，经镀锌钢管9进入控制柜10内，镀锌钢管9起到保护光纤本体1的作用，避免其露在外面，采集单元11安装于落地控制柜10。光纤本体1与敏感单元6的光纤可以是一体式或者是相互熔接而成。也就是说，敏感单元6的光纤与光纤本体1本为同一根从智能隔离断路器的套管7伸下去，后端连接采集单元11，这样能减少全光纤电流互感器与智能隔离断路器应用系统的一个光纤熔接点，提高现场装配操作效率，提高系统可靠性。或者是敏感单元6的光纤与光纤本体1熔接，后端连接采集单元11，智能隔离断路器的套管7含光纤状态集成化，成为标准件，提高整机装配效率，有利于集成厂家设计采购标准化。需要说明的是，光纤本体1从智能隔离断路器的套管7内穿过，该套管具有中空部分，可理解为是环氧玻璃纤维管，优选沿套管的内壁穿过，从横截面(未画出)上可理解为是光纤本体1的圆形与套管的圆形相内切，未沿套管的中空部分的中心轴线穿过是为了不影响在该中空部分与其它部件的安装，如与智能隔离断路器安装应用时在中空部分的中心轴线还需插入拉杆等部件。智能隔离断路器的套管7的中空部分内充有SF6气体8。本发明的该结构既满足智能隔离断路器对套管电气性能的要求，光纤本体的特性也满足全光纤电流互感器使用需求。

本发明的全光纤电流互感器还可以是一种支柱式全光纤电流互感器，如图6所示结构，当作为支柱式全光纤电流互感器应用时即为与支柱式绝缘子安装应用，也就是说，该应用系统本身自带支柱式绝缘子12，全光纤电流互感器的环氧玻璃纤维管2直接采用该支柱式绝缘子12，敏感单元6通过法兰4安装在支柱式绝缘子12的上端部的金具内，母排13从敏感单元6的敏感光纤环内穿入，进而引入高压电流；敏感单元6的光纤与支柱式绝缘子12内的光纤(即光纤本体1)也有同为一根或熔接在一起变为一根两种形式，光纤本体1穿过支柱式绝缘子12的内部，支柱式绝缘子12底端部引出光纤本体1连接至采集单元。除图6所示实施例外，本发明的全光纤电流互感器可以是一种悬式全光纤电流互感器，如图7所示结构，当作为悬式全光纤电流互感器应用时即为与悬式绝缘子安装应用，也就是说，该应用系统本身自带悬式绝缘子14，全光纤电流互感器的环氧玻璃纤维管2直接采用该悬式绝缘子14，敏感单元6通过法兰4安装在悬式绝缘子14的上端部的金具内，管母16从敏感单元6的敏感光纤环内穿入，进而引入高压电流，抱箍15起到固定管母16的作用。敏感单元6的光纤与悬式绝缘子14内的光纤(即光纤本体1)也有同为一根或熔接在一起变为一根两种形式，光纤本体1穿过悬式绝缘子14的内部，悬式绝缘子14底端部引出光纤本体1连接至采集单元。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种用于电力设备的光纤套管，其特征在于，包括光纤本体、环氧玻璃纤维管和伞裙护套，所述环氧玻璃纤维管为环氧玻璃纤维绕制成型的中空管，所述光纤本体从环氧玻璃纤维管的一端穿入并经环氧玻璃纤维管内部的中空部分从另一端穿出，所述中空部分充有气体或油，穿过光纤本体的环氧玻璃纤维管的两端密封，所述伞裙护套设置在环氧玻璃纤维管的外表面。

2.根据权利要求1所述的用于电力设备的光纤套管，其特征在于，所述光纤本体包括热塑性树脂护套和纤芯，所述热塑性树脂护套紧密包覆在纤芯的外表面。

3.根据权利要求2所述的用于电力设备的光纤套管，其特征在于，所述光纤本体中的热塑性树脂护套内沿长度方向设置有线型的纤维增强复合塑料，所述纤维增强复合塑料沿热塑性树脂护套的轴线方向呈左右和/或上下对称设置。

4.根据权利要求1所述的用于电力设备的光纤套管，其特征在于，所述光纤本体的径向截面方向由内向外包括纤芯、芳纶和光纤护套，所述光纤本体两端通过胶水封堵。

5.根据权利要求1至4之一所述的用于电力设备的光纤套管，其特征在于，所述中空部分充有气体时，所述气体为六氟化硫气体或氮气，或六氟化硫气体和氮气的混合气；所述中空部分充有油时，所述油为矿物油；

和/或，所述环氧玻璃纤维管的两端均设置有用于固定的法兰。

6.一种采用权利要求1至5之一所述的光纤套管的电子式电流互感器。

7.根据权利要求6所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述电子式电流互感器为全光纤电流互感器，所述光纤套管中的光纤本体的一端与全光纤电流互感器的敏感单元相连，所述光纤本体的另一端经环氧玻璃纤维管的中空部分穿出后与全光纤电流互感器的采集单元相连。

8.根据权利要求7所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述全光纤电流互感器在与智能隔离断路器安装应用时，所述环氧玻璃纤维管采用智能隔离断路器的套管，所述敏感单元安装在智能隔离断路器的套管上端部，光纤本体穿过智能隔离断路器的套管内部，套管底端部引出光纤本体连接至采集单元。

9.根据权利要求7所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述全光纤电流互感器为支柱式或悬式全光纤电流互感器，所述全光纤电流互感器与支柱式绝缘子或与悬式绝缘子安装应用，所述敏感单元安装在支柱式绝缘子或悬式绝缘子的上端部的金具内，所述环氧玻璃纤维管采用支柱式绝缘子或悬式绝缘子，光纤本体穿过支柱式绝缘子或悬式绝缘子的内部，支柱式绝缘子或悬式绝缘子底端部引出光纤本体连接至采集单元。

10.根据权利要求8或9所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述光纤本体与敏感单元的光纤为一体式或两者相互熔接。