一种基于高压陶瓷电容的柱上开关用组合式互感器的制作方法
本实用新型涉及电力互感器技术领域，具体涉及一种基于高压陶瓷电容的柱上开关用组合式电压电流互感器。
背景技术：
10-35kv中压柱上开关用组合式互感器分为电磁式电压与电流组合式互感器，电磁式电流与电阻分压组合式互感器，电磁式电流与电容分压组合式互感器，其中电磁式电压与电流组合式互感器最为常见，这种互感器电压和电流测量元件均为铁芯绕组，存在体积重量大、绝缘复杂以及电压互感器存在铁磁谐振等风险。
现有的电磁式电流与电阻分压组合式互感器是将电磁式电流互感器线圈绕组与高压电阻元件进行组合，封装浇注成一个整体，由于高压电阻为有功发热元件，长时间运行易产生热累计导致绝缘介质失效，同时大量并联接入系统运行下边际并联电阻趋于无穷小，对地电流将淹没接地故障电流，影响接到故障保护的判定。
现有的电磁式电流与电容分压组合式互感器，电流测量与其它两种组合式互感器一样采用电磁式电流互感器线圈，线圈可以是多匝比、小信号输出的电子式互感器，也可以是少匝比、1a或5a信号输出的且具有较强带载能力的电磁式互感器；电压分压元件采用高压电容，由于电容为无功元件，且直流阻抗趋于正无穷，没有浇注封装电阻易产生热累计导致绝缘失效、以及大量并联使用后对地电阻趋于无穷小等问题，已成为中压组合式互感器发展的趋势。这类组合式互感器又可根据采用的高压电容元件不同，分为有机薄膜介质电容和陶瓷介质电容两小类，基于有机薄膜介质电容的组合式互感器，由于电容的薄膜介质在卷绕时层与层之间容易裹进空气，单个薄膜电容的绝缘水平较低，使用时需要多个电容串联使用，以降低单个电容分担的场强进而保证高电场下运行的可靠性，但多个电容串联需占用较大空间，产品很难小型化，另外，由于多个电容串联降低了产品可靠性，若串联结构中的某个电容存在质量缺陷，容易导致其它串联电容全部烧毁损坏，同时，由于薄膜介质与环氧树脂均为有机物很难相互浸润和粘合，薄膜电容在用环氧树脂封装浇注时，易产生界面导致界面老化击穿。
综上，随着开关设备朝着小型化、紧凑型和一二次设备融合的方向不断发展，组合式互感器的发展成为必然，基于陶瓷电容的组合式互感器，由于绝缘简单可靠、测量准确度高、体积小重量轻等优点，能更好的满足柱上开关本体对互感器深度融合集成的需要，以及更快的推动柱上开关一二次融合、以及配网自动化行业的发展。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于克服已有技术的不足之处，提供一种基于高压陶瓷电容的柱上开关用组合式互感器，该互感器相序电压电流的测量元件均浇注封装成一个整体，在实现产品功用和电气性能大幅提升的同时，可实现更为显著的技术经济性。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型提出的一种基于高压陶瓷电容的柱上开关用组合式互感器，其特征在于，包括多芯信号线以及封装在真空环氧树脂内的一次绕组穿心铝管、用于相序电流测量的两个线圈绕组和用于相序电压测量的高压陶瓷电容，在所述真空环氧树脂的下部设有连通的硅橡胶伞裙护套，在该硅橡胶伞裙护套底部插接有金属弯管；所述多芯信号线包括信号输出线s1和0s1、公共端输出线0s1和0s2以及二次信号输出线s，所述多芯信号线一部分封装在所述真空环氧树脂内，另一部分穿过所述金属弯管后外露，外露于金属弯管的所述多芯信号线以及该金属弯管端部与柱上开关连接；两个线圈绕组依次套设在所述一次绕组穿心铝管上且与该一次绕组穿心铝管同轴设置，第一线圈绕组用于合成零序电流，其绕线起始点和绕线结束点分别与位于真空环氧树脂内的信号输出线0s1和公共端输出线0s2相连接；第二线圈绕组的绕线起始点和绕线结束点分别与位于真空环氧树脂内的信号输出线s1和公共端输出线s2相连接；所述高压陶瓷电容采用圆柱形高压陶瓷电容或穿心管式高压同轴圆柱陶瓷电容，其高压电极与所述一次绕组穿心铝管相连接，其低压电极与位于真空环氧树脂内的二次信号输出线s相连接；当一次绕组裸铜导电杆从所述一次绕组穿心铝管中穿过时，与所述高压陶瓷电容构成对一次高压的测量；当电流通过一次绕组裸铜导电杆时形成磁通，与两个相序电流测量线圈绕组互感耦合构成一次对电流的测量。
进一步地，所述圆柱形高压陶瓷电容设置在两个线圈绕组外部，此时该圆柱形高压陶瓷电容的轴线与所述一次绕组穿心铝管的轴线相平行或者相垂直。或者，所述圆柱形高压陶瓷电容绝缘对中设置在两个线圈绕组内部，即所述圆柱形高压陶瓷电容位于所述一次绕组穿心铝管和两个线圈绕组之间，此时该圆柱形高压陶瓷电容的轴线与所述一次绕组穿心铝管的轴线相垂直。
进一步地，所述穿心管式高压同轴圆柱陶瓷电容绝缘设置在所述一次绕组穿心铝管和两个线圈绕组之间，且该穿心管式高压同轴圆柱陶瓷电容的高压电极与所述一次绕组穿心铝管焊接，该穿心管式高压同轴圆柱陶瓷电容的低压电极与位于真空环氧树脂内的二次信号输出线s焊接。
本实用新型的特点及有益效果在于：
本实用新型提出的一种基于高压陶瓷电容的柱上开关用组合式电压电流互感器，是基于陶瓷介质电容作为分压测量元件的组合式互感器，高压陶瓷电容的陶瓷粉体在一千多度的高温条件下完全熔融烧结一起，介质缺陷少，单个电容即可满足雷电冲击和工频耐压的绝缘需求，另外，电容电极的金属层也是经高温烧结至陶瓷表层上的，完全没有气隙，便于局部放电的控制，与此同时，陶瓷和金属电机层均为无机物与环氧树脂有机物粘合牢靠，浇注封装后和长期使用下，界面击穿和界面老化击穿的概率极小。
本实用新型基于一个一次绕组穿心铝管、两个用于相序电流测量的线圈绕组和一个高压陶瓷电容；其中一个线圈绕组与另外两相接在不同相序上的同样的两个线圈绕组异名端相连合成零序电流的测量回路，高压陶瓷电容采用一个圆柱形高压陶瓷电容或一个穿心管式高压同轴圆柱陶瓷电容用于相序电压的测量。
本实用新型主要测量元件仅有三个，且均基于相序信号测量，虽然结构简单，但因均基于相序测量，测量冗余大、功用拓展范围宽，可在基于相序电压电流测量的基础上进一步合成零序电压电流测量信号，为配网接地故障判定提供精准的判据信号。
综上，本实用新型的一种基于高压陶瓷电容的柱上开关用组合互感器，解决了电压电流互感器体积大、电压互感器绝缘复杂、容易铁磁谐振等结构工艺及原理缺陷问题，该互感器绝缘简单、体积小、重量轻、结构紧凑，可同时满足测量、计量、保护用二次设备的信号要求，便于一二次设备融合且技术经济性显著，适用于柱上开关等架空线路上，为配电自动化和智能化提供优质数据支撑，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型实施例的一种基于高压陶瓷电容的柱上开关用组合式互感器的结构示意图。高压电容为平行板电极的圆柱电容结构，高压电容固定在一次绕组上，与一次绕组垂直。
图2为本实用新型实施例的一种基于高压陶瓷电容的柱上开关用组合式互感器的结构示意图。高压电容为平行板电极的圆柱电容结构，高压电容固定在一次绕组上，与一次绕组平行。
图3为本实用新型实施例的一种基于高压陶瓷电容的柱上开关用组合式互感器的结构示意图。高压电容为平行板电极的圆柱电容结构，高压电容固定在一次绕组上，与一次绕组平行，且位于一二次绕组的高低压绝缘之间。
图4为本实用新型实施例的一种基于高压陶瓷电容的柱上开关用组合式互感器的结构示意图。高压电容为穿心管状的同轴圆柱电容结构，高压电容固定在一次绕组上，与一次绕组同轴。
图5为利用图1所示组合式互感器构成对三相电流的零序电流测量回路示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型反馈的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型反馈，而不能理解为对本实用新型反馈的限制。
下面参照附图描述根据本实用新型实施例提出的一种基于高压陶瓷电容的柱上开关用组合式电压电流互感器。
如图1～3所示，本实用新型实施例1的一种基于高压陶瓷电容的柱上开关用组合式互感器包括多芯信号线7以及封装在真空环氧树脂5内的一次绕组穿心铝管1、用于相序电流测量的两个线圈绕组(2和3)和用于相序电压测量的圆柱形高压陶瓷电容4，在真空环氧树脂5的下部设有连通的硅橡胶伞裙护套6，在该硅橡胶伞裙护套6底部插接有金属弯管9，多芯信号线7包括信号输出线s1和0s1、公共端输出线0s1和0s2以及二次信号输出线s，多芯信号线7一部分封装在真空环氧树脂5内，多芯信号线7另一部分穿过金属弯管9后外露，外露于金属弯管9的多芯信号线7以及该金属弯管9端部与柱上开关(图中未示意出该柱上开关)连接。两个线圈绕组(2和3)套设在一次绕组穿心铝管1上且与该一次绕组穿心铝管1同轴设置，线圈绕组2用于合成零序电流，其绕线起始点和绕线结束点分别与位于真空环氧树脂5内的信号输出线0s1和公共端输出线0s2相连接；线圈绕组3的绕线起始点和绕线结束点分别与位于真空环氧树脂5内的信号输出线s1和公共端输出线s2相连接；当一次绕组从一次绕组穿心铝管1中穿过时，与两个线圈绕组(2和3)构成测量回路。圆柱形高压陶瓷电容4的高压电极4.1与一次绕组穿心铝管1相连接，圆柱形高压陶瓷电容4的低压电极4.2与位于真空环氧树脂5内的二次信号输出线s相连接。圆柱形高压陶瓷电容4可以设置在两个线圈绕组(2和3)外部，此时圆柱形高压陶瓷电容4的轴线可以与一次绕组穿心铝管1的轴线相平行(如图1所示)或者相垂直(如图2所示)；圆柱形高压陶瓷电容4可以绝缘设置在两个线圈绕组(2和3)内部，即圆柱形高压陶瓷电容4位于一次绕组穿心铝管1和两个线圈绕组(2和3)之间，此时圆柱形高压陶瓷电容4的轴线与一次绕组穿心铝管1的轴线相垂直(如图3所示)。
参见图4，在另一实施例中，高压陶瓷电容采用穿心管式高压同轴圆柱陶瓷电容8，该陶瓷电容绝缘设置在两个线圈绕组(2和3)内部，即该陶瓷电容位于一次绕组穿心铝管1和两个线圈绕组(2和3)之间，穿心管式高压同轴圆柱陶瓷电容8的高压电极8.1均与一次绕组穿心铝管1焊接，穿心管式高压同轴圆柱陶瓷电容8的低压电极8.2较高压电极8.1靠近两个线圈绕组(2和3)。本实施例中其余构造与上一实施例相同，此处不再赘述。
本实用新型实施例中各组成器件均为本技术领域的常规元件。其中，用作高压测量的高压电容为陶瓷介质的低温漂电容。
本实用新型实施例的工作原理如下：运行使用时，一次绕组裸铜导电杆接触并穿过一次绕组穿心铝管1，一次绕组穿心铝管1与裸铜导电杆导通接触带高压，与一次绕组穿心铝管1连通的圆柱形高压陶瓷电容4的高压电极4.1圆平面或穿心管式高压同轴圆柱陶瓷电容8的高压电极8.1圆柱面带高压，根据电容原理圆柱形高压陶瓷电容4的低压电极4.2圆平面或穿心管式高压同轴圆柱陶瓷电容8的低压电极8.2圆柱面输出低压，形成对一次高压的测量。另外，基于电磁原理，电流通过一次绕组裸铜导电杆时，形成磁通，并与两个线圈绕组(2和3)互感耦合，两个线圈绕组(2和3)感应产生二次电流并输出，形成对一次电流的测量。
本实用新型实施例有效性验证：
按照上述连接关系，分别试制四个样品额定工作电压
如图1，用于相序电压测量的高压陶瓷电容4为圆柱形结构的平行板电容，电容直径50mm，厚度15mm，容量140pf，损耗0.3‰，如图1所示，圆柱形高压陶瓷电容的上下圆底面垂直于一次绕组穿心铝管1，与一次绕组保持25mm的绝缘距离(即线圈绕组2和3)，一次绕组穿心铝管1的内孔为22mm、外径为30mm并带有一个直径为4mm的螺孔1.1，圆柱形高压陶瓷电容4的高压电极4.1圆平面焊接一片带有弹性的长方形铜片，作为高压引线用4mm螺丝与一次绕组穿心铝管1上设置的螺孔1.1固定在一起，形成与高压的通路，与圆柱形高压陶瓷电容4的高压电极4.1圆平面相对的低压电极4.2圆平面上焊接一个圆形带有内螺纹为4mm的铜电极4.3，用4mm螺丝与二次信号输出线s(为一根实心高温漆包线)压接连接。
如图2，用于相序电压测量的高压陶瓷电容4为圆柱形结构的平行板电容，电容直径50mm，厚度15mm，容量140pf，损耗0.3‰，如图2所示，圆柱形高压陶瓷电容的上下圆底面平行于一次绕组穿心铝管1，与二次线圈绕组(即线圈绕组2和3)保持25mm的绝缘距离，一次绕组穿心铝管1的内孔为22mm、外径为30mm并带有一个直径为4mm的螺孔1.1，圆柱形高压陶瓷电容4的高压电极4.1圆平面居中焊接一个圆形带有外螺纹为4mm的铜电极，拧入一次绕组穿心铝管1上直径为4mm的螺孔1.1中并固定在一起，与圆柱形高压陶瓷电容4的高压电极圆平面相对的低压电极4.2圆平面上居中焊接一个圆形带有内螺纹为4mm的铜电极4.3，用4mm螺丝与二次信号输出线s(为一根实心高温漆包线)压接连接。
如图3，用于相序电压测量的高压陶瓷电容4为圆柱形结构的平行板电容，电容直径50mm，厚度15mm，容量140pf，损耗0.3‰，如图3所示，圆柱形高压陶瓷电容4的上下圆底面平行于一次绕组穿心铝管1，置于二次线圈绕组(即两个线圈绕组)的正中心，即圆柱形高压陶瓷电容4位于一次绕组穿心铝管1与二次线圈绕组(2和3)绝缘之间，一次绕组穿心铝管1的内孔为22mm、外径为30mm并带有一个直径为4mm的螺孔1.1，圆柱形高压陶瓷电容4的高压电极4.1圆平面居中焊接一个圆形带有外螺纹为4mm的铜电极，拧入一次绕组穿心铝管1上直径为4mm的螺孔1.1中并固定在一起，与圆柱形高压陶瓷电容4的高压电极圆平面相对的低压电极4.2圆平面上居中焊接二次信号输出线s(为一根实心高温漆包线)。
如图4，用于相序电压测量的高压陶瓷电容为穿心管式高压同轴圆柱陶瓷电容8，电容电极内径23mm，电极外径60mm，电极高度35mm，容量203pf，损耗0.3‰，如图4所示，穿心管式高压同轴圆柱陶瓷电容8从一次绕组穿心铝管1穿过，置于二次线圈绕组的正中心，即穿心管式高压同轴圆柱陶瓷电容8位于一次绕组穿心铝管1与二次线圈绕组绝缘之间，一次绕组穿心铝管1内孔为22mm、外径为23mm，穿心管式高压同轴圆柱陶瓷电容8与一次绕组穿心铝管1用焊锡焊接在一起，用实心铜线焊接在穿心管式高压同轴圆柱陶瓷电容8外圆面(即低压电极8.2侧)上，与二次信号输出线s连接。
本实用新型实施例的组合式互感器的制作过程如下：
用一根长约1米的五芯高温绝缘硅胶线(五芯为五个不同颜色的独立绝缘线，颜色分别为红、黑、蓝、白、黄)，红、黑线分别作为与信号输出线s1和公共端输出线s2并分别与线圈绕组3的绕线起始点和绕线结束点相焊接，蓝、白线分别作为信号输出线0s1和公共端输出线0s2并分别与线圈绕组2的绕线起始点和绕线结束点相焊接，黄线作为二次信号输出线并与圆柱形高压陶瓷电容4或穿心管式高压同轴圆柱陶瓷电容8的低压电极相连接，形成一根统一的信号输出线；先将通过螺丝与高压陶瓷电容事先固定好的一次绕组穿心铝管1固定在模具侧板上，线圈绕组3、线圈绕组2依次穿过一次绕组穿心铝管1并与其保持同轴后，最后将两个线圈绕组固定在模具出线底板上，长约1米的五芯高温绝缘硅胶线从模具底板上穿出，最终上述所有组件分别被置于模具腔体中，在真空度≤2bar的条件下用环氧树脂真空浇注，浇注完成后送入烘箱，按照80度2个小时、110度3小时、140度8小时的工艺完成固化，固化成型后拆模取出浇注体，再置于另一个模具腔体中，加热至110度条件下注射硅橡胶，110度硫化1小时拆模取出成品。
上述四种成品样品分别雷电冲击85kv正负极各15次，工频耐压50kv并保持1分钟，无击穿、无闪络，两个分别用于相序电流和零序电流测量的线圈绕组内阻、电感量无任何变化、另外一个用于相序电压测量的高压陶瓷电容的容值与损耗无任何变化。
利用三个本实用新型所述柱上开关用组合式互感器还可实现零序电流的测量回路。参见图5，如采用如图1所示的三个完全相同的组合式互感器，将这三个相同的组合式互感器按照a、b、c三相的相序依次串联接入三相通流的电源导线上，再将三个相同的组合式互感器的线圈绕组2的异名端相连，将三个线圈绕组2连接成串联关系的开口矢量三角形结构，即a相线圈绕组2的公共端输出线a-0s2与b相线圈绕组2的信号输出线b-0s1相连，b相线圈绕组2的公共端输出线b-0s2与c相线圈绕组2的信号输出线c-0s1相连，此时，a相绕组线圈2的信号输出线a-0s1与c相绕组线圈2的公共端输出线c-0s2输出的信号即为测得的a、b、c三相电流的零序电流信号。
综上，本实用新型的一种基于高压陶瓷电容的柱上开关用组合互感器，解决了电压电流互感器体积大、电压互感器绝缘复杂、容易铁磁谐振等结构工艺及原理缺陷问题，该互感器绝缘简单、体积小、重量轻、结构紧凑，可同时满足测量、计量、保护用二次设备的信号要求，便于一二次设备融合且技术经济性显著，适用于柱上开关等架空线路上，为配电自动化和智能化提供优质数据支撑，具有良好的应用前景。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
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