一種光學電壓互感器及其封裝方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電壓互感器技術領域，特別是一種光學電壓互感器及其封裝方法。
【背景技術】
[0002]電壓互感器是電力系統中繼電保護與電能計量的重要設備，用來變換傳輸線路上的電壓給測量儀器和繼電保護裝置供電，用來測量傳輸線路中的電壓、功率和電能，或者用來在傳輸線路發生故障時保護傳輸線路中的重要設備，例如，電機或變壓器等。電壓互感器的長期穩定性、可靠性和安全性與電力系統的安全、穩定運行密切相關。光學電壓互感器利用泡克爾斯效應(Pockels效應)，即在交變電場下電光晶體在兩個正交的軸向上折射率會發生相對變化，當圓偏振光通過電光晶體時，圓偏振光會變成橢圓偏振光，橢圓度與電場成正比。通過監測通過電光晶體后的橢圓偏振光兩個正交軸向上光強的相對變化，即可計算對應電場的大小。當晶體封裝結構確定的情況下，晶體上感應的電場與封裝結構上施加的電壓成正比，從而實現對電壓的測量。光學電壓互感器可有效隔離高壓側與低壓側，保證人身和設備的安全。
[0003]現有的電網中的光學電壓互感器通常采用氣體封裝結構或固體封裝結構進行封裝。氣體封裝結構封裝殼內通過氣體(例如SF6A氟化硫)實現光學電壓互感器的電氣絕緣，常用的SF6氣體無色無味、不可燃，具有較高的電氣強度、優良的滅弧性能、良好的冷卻特性和良好的絕緣性能，將它用于電氣設備可免除火災的威脅，縮小設備尺寸，提高系統運行的可靠性，但是這種封裝結構存在著充氣、密封等繁瑣工藝，電氣設備運行過程中還可能出漏氣等問題，此外，氣體封裝結構的封裝殼還需要具有足夠的結構強度，以滿足電壓互感器使用中的防爆要求，因此封裝殼結構復雜，需要占用很大的安裝空間，且整個殼體的加工成本高。固體封裝結構通常是由環氧樹脂或其他樹脂混合材料等絕緣材料經固化成型，目前廣泛應用于35kV及以下電壓等級的戶內電壓互感器，但是，目前已有的光學電壓互感器的固體封裝結構為了滿足絕緣性能的要求體積一般都較大，存在絕緣結構復雜、占用較大空間和質量較大等缺點，然而應用于開關柜等小型設備上的電壓互感器都要求具有體積小、重量輕、便于安裝、可靠性高、可集成化等特點，現有的電壓互感器封裝結構已經難以滿足現代電力系統對新型電壓互感器的集成化、智能化等發展的需求，因此急需提出一種結構簡單，安全性高的新型光學電壓互感器封裝結構。

【發明內容】

[0004]本發明針對現有的光學電壓互感器采用氣體封裝結構存在的充氣密封工藝繁瑣、容易發生漏氣和封裝殼結構復雜等問題，及采用固體封裝結構存在的絕緣結構復雜、占用較大空間和質量較大等問題，提出了一種新型的光學電壓互感器，能夠切實有效地解決現有光學電壓互感器封裝的結構安全等問題，并且能夠有效減少體積和重量，結構簡單、絕緣性能好、屏蔽效果優良、應用方式靈活、較大程度降低成本，而且具有便于安裝、可靠性高、安全性高以及可集成化的優點。本發明還涉及一種光學電壓互感器的封裝方法。
[0005]本發明的技術方案如下:
[0006]一種光學電壓互感器，其特征在于，包括互感器殼體、絕緣子、導體電極、絕緣硅橡膠、光學電壓傳感頭、光纖和電氣單元，所述絕緣子、絕緣硅橡膠和光學電壓傳感頭均設置于互感器殼體的內部，所述光纖的一端與光學電壓傳感頭連接，所述光纖的另一端從互感器殼體側壁的通孔中引出至互感器殼體外的電氣單元，所述光學電壓傳感頭和連接于光學電壓傳感頭的光纖的端頭通過灌封硅膠工藝埋置在絕緣硅橡膠內，所述絕緣子采用澆注工藝包覆在絕緣硅橡膠的外部并填充整個互感器殼體內部，所述導體電極的一端預留連接外部電壓的接線端子，所述導體電極除接線端子外的部分被埋置入絕緣子頂部。
[0007]所述互感器殼體為軸對稱結構，埋置光學電壓傳感頭的絕緣硅橡膠設置在絕緣子底部，所述導體電極和光學電壓傳感頭均設置于互感器殼體的軸線處且所述光學電壓傳感頭與埋置入絕緣子頂部的導體電極施加電壓的端頭相對應。
[0008]所述互感器殼體為盆式結構件，所述絕緣子為盆式絕緣子。
[0009]所述互感器殼體的直徑在80mm至500mm之間，且互感器殼體的高度根據電壓等級、電場仿真結果和實際沖擊電壓試驗結果進行調整。
[0010]所述導體電極與光學電壓傳感頭之間的距離根據電壓等級和電場仿真結果進行調整。
[0011]所述絕緣子采用環氧樹脂絕緣材料或硅橡膠絕緣材料。
[0012]所述導體電極為球形圓柱電極。
[0013]所述光纖為耐高溫光纖，所述灌封硅膠工藝的硫化溫度為60°C -70°C。
[0014]一種上述光學電壓互感器的封裝方法，其特征在于，先將光學電壓傳感頭與光纖的一端連接，然后采用灌封硅膠工藝將光學電壓傳感頭和連接于光學電壓傳感頭的光纖的端頭封裝在絕緣硅橡膠內形成一體化的光學電壓傳感頭絕緣結構，所述光纖的另一端從互感器殼體側壁的通孔中引出至互感器殼體外的電氣單元，所述光學電壓傳感頭絕緣結構封裝完成后使用絕緣子材料采用澆注工藝與導體電極整體澆注在互感器殼體內。
[0015]所述灌封硅膠工藝的硫化溫度范圍為60°C -70°C，所述絕緣子材料為環氧樹脂絕緣材料或硅橡膠絕緣材料。
[0016]本發明的技術效果如下:
[0017]本發明涉及的一種光學電壓互感器，包括互感器殼體、絕緣子、導體電極、絕緣硅橡膠、光學電壓傳感頭、光纖和電氣單元，絕緣子、絕緣硅橡膠和光學電壓傳感頭均設置于互感器殼體的內部，光學電壓傳感頭和連接于光學電壓傳感頭的光纖的端頭通過灌封硅膠工藝埋置在絕緣硅橡膠內，絕緣子采用澆注工藝包覆在絕緣硅橡膠的外部并填充整個互感器殼體內部，導體電極的一端預留連接外部電壓的接線端子，導體電極除接線端子外的部分被埋置入絕緣子頂部，從而絕緣子起到支撐固定導體電極和外絕緣的作用，導體電極通過其一端的接線端子與其它一次設備進行對接來獲取外部電壓，從而導體電極攜帶外部電壓，通過另一端的端頭將所帶電壓通過傳感的方式穿過絕緣子和絕緣硅橡膠后施加到互感器殼體內的光學電壓傳感頭上，導體電極所帶的電壓在互感器殼體內部形成一個穩定的電場，保證電壓測量的穩定性。本發明提出的光學電壓互感器通過設置互感器殼體，增加了電磁屏蔽的作用；采用特定的封裝結構，與現有的光學電壓互感器氣體封裝結構相比避免了該結構的抽真空、充氣、密封等繁瑣安裝工藝以及使用過程中漏氣等問題的發生，簡化了封裝結構的復雜度并進一步提高了封裝結構的安全性能；并且改進了現有的光學電壓互感器采用固體封裝結構存在的絕緣結構復雜、占用較大空間和質量較大等問題，將光學電壓傳感頭及部分連接于光學電壓傳感頭的光纖埋置在絕緣硅橡膠內，使得光學電壓傳感頭、連接于光學電壓傳感頭的光纖的端頭和絕緣硅橡膠采用灌封硅膠工藝形成了一體化光學電壓傳感頭絕緣結構，并設計絕緣子采用澆注工藝包覆在絕緣硅橡膠的外部并填充整個互感器殼體內部，這種結構改進具有更加優異的絕緣性能和安全性，且能夠有效減少體積和重量，同時更好地實現了光學電壓傳感頭與一次側導體電極隔離，避免了光學電壓傳感頭的晶體器件連接的光纖被侵蝕導致安全隱患