中压开关隔离断口工频耐压试验装置的研制

康志林， 李泽芃

（甘肃电器科学研究院，甘肃天水 741018）

电力设备最核心的参数就是绝缘，绝缘不仅影响设备的可靠性，而且直接关乎人身及系统安全。因材料及工艺影响，电气设备很容易产生绝缘缺陷，带绝缘缺陷的设备应用于电力系统是十分危险的。所以，无论是作为电气设备设计验证的型式试验还是即将交付客户的出厂检验，绝缘试验都是必检项目。而作为电力系统检修等的隔离断口检验要求更是严格，常规工频耐压试验设备不能满足其检验要求（中压系统更是如此），所以有必要研制一套能够用于检验隔离断口的工频耐压试验装置。

1 工频耐压试验的几种接线方式

常规工频耐压试验装置由调压器与升压变压器组成，升压变压器两个出线端分别接于开关两端，其中一端接地于开关壳体，其接线图如图1 所示。

图1 常规工频耐压试验接线图

但隔离断口耐压试验的电压值高于开关相间及相对地耐压试验的电压值，如GB／T11022-2020《高压交流开关设备和控制设备标准的共用技术要求》5.3 条规定了40.5kV 及以下的耐压试验的电压值，如表1 所示。

表1 40.5kV 及以下耐压试验的电压值

如果按照图1 接线实施10kV 隔离断口试验，施加在开关上端子A 的电压为48kV，高于该端子对地的耐压值，这是不合理的，因为很有可能造成该端子的对地击穿。为了避免发生这样的情况，一般解决的办法就是将该开关整体对地隔离，改进的隔离断口工频耐压试验接线图如图2 所示。

图2 改进的隔离断口工频耐压试验接线图

由于增加了保证开关整体绝缘的绝缘平台，当开关本体重量较大时，会导致绝缘平台造价较高。

2 中压开关隔离断口工频耐压试验装置设计

标淮IEC 60060-1-2010 推荐的方法是采用两个独立的电源产生电压，在试品两端分别施加，两个端子之间电势差的矢量和即为端子两端的电压值。这种办法一般用于超高压以上试验，因为有两套系统，加上为保证电压矢量的变压器相角控制及转换系统，会导致装置成本巨大。如果我们采用一套系统的升压变压器具有中间抽头，中间抽头接地，而变压器两端接试品，这样就省去了为保证电压矢量的变压器相角控制及转换系统，结合耐压试验的保护及测控形成中压隔离断口工频耐压试验装置原理图如图3 所示。

图中：QF 为保护开关；KM 为系统控制接触器；T1 为调压器；T2 为升压变压器；V 为调压器输出开关；TA 为电流互感器；A1、A2 为输出接线端子；FY1、FY2 为分压器。

3 设备参数的确定

根据表1，中压开关隔离断口工频耐压试验值最大为118kV，如考虑为装置取1.2 冗余，装置最高电圧为1.2×118＝141.6kV，取整为150kV，试验容量按照1A 选取，装置电源选用低压380V，其设备和参数选型如下：

3.1 调压器参数

为了便于自动控制，调压器选用感应自动调压器，调压器输入电压为380V，输出电压为0～420V，调压器容量为150kVA，冷却方式为ONAN。

3.2 变压器参数

变压器输入电压为0～420V，输出为0～150kV，变压器容量为150kVA，变压器取中间抽头，中间抽头与变压器进出线两端电压差值小于1%，冷却方式为ONAN。

3.3 断路器及接触器参数

调压器容量为150kVA，输入电压为380V，那么调压器最大电流为394.7A，断路器及接触器额定电流均选用400A，额定电压为400V。

3.4 电压表、电流互感器与分压器参数

电压表主要为显示升压变压器输出总电压用，电压表实际量程为常规低压电压表量程0～450V，显示为0～150kV，电压表采用数字电压表，显示系数为137.143，电压表精度为0.1 级。

电流互感器为保护升压变压器用，采用额定电压0.5kV 的全浇注绝缘户内电流互感器，变比为400／5A，精度为0.5 级。

分压器主要用于升压变压器出线端的端电压，电压等级为AC150kV，分压比为1000：1，精度为0.5 级。

4 控制系统的设计

控制采用手动和自动PLC 控制两种方式实现，而控制主要包括试验控制接触器KM 以及调压器升降压的控制，其中KM 的控制包含试验启停及试验时间的控制、过流保护、试验门禁控制（防止试验过程人员进入）以及调压器限位开关控制等。而调压器升降压控制主要是实现调压器电动机的正反转、过流保护以及调压器限位开关控制。基于此，形成的试验控制主系统图如图4 所示。

图4 中压开关隔离断口工频耐压试验控制主系统图

图中：HA 为试验启动按钮；TA 为试验停止按钮；SQ1 为试验场门联锁开关；SQ2 为调压器上限位；SQ3 为调压器下限位；KI 为过流继电器；KT 为时间继电器；KM 为系统控制接触器；SA 为升压按钮；TA 为降压按钮；KM1、KM2 为调压器电动机控制接触器；HD 为试验指示灯；P1～P6 为PLC 接点。

按钮实现控制系统手动控制功能。PLC 接点实现标准GB／T16927.1 中要求的对试品施加电压时，试验电压值从达到75%U 起，以2%U／s 的速率升压并自动控制的要求。电压的显示采用输入电压转换为总电压与分压器FY1 和FY2 带电压表配合即可，最终形成的控制面板图如图5 所示。

图5 控制面板图

5 结论

由于开关隔离断口工频耐压试验电压值高于开关对地及相间的电压值，采用传统工频耐压试验装置时试验难以实现，基于此，本文研制了一套适用于隔离断口耐压试验的试验装置，并达到了设计目标和要求。