中壓開關隔離斷口工頻耐壓試驗裝置的研制

康志林， 李澤芃

（甘肅電器科學研究院，甘肅天水 741018）

電力設備最核心的參數就是絕緣，絕緣不僅影響設備的可靠性，而且直接關乎人身及系統安全。因材料及工藝影響，電氣設備很容易產生絕緣缺陷，帶絕緣缺陷的設備應用于電力系統是十分危險的。所以，無論是作為電氣設備設計驗證的型式試驗還是即將交付客戶的出廠檢驗，絕緣試驗都是必檢項目。而作為電力系統檢修等的隔離斷口檢驗要求更是嚴格，常規工頻耐壓試驗設備不能滿足其檢驗要求（中壓系統更是如此），所以有必要研制一套能夠用于檢驗隔離斷口的工頻耐壓試驗裝置。

1 工頻耐壓試驗的幾種接線方式

常規工頻耐壓試驗裝置由調壓器與升壓變壓器組成，升壓變壓器兩個出線端分別接于開關兩端，其中一端接地于開關殼體，其接線圖如圖1 所示。

圖1 常規工頻耐壓試驗接線圖

但隔離斷口耐壓試驗的電壓值高于開關相間及相對地耐壓試驗的電壓值，如GB／T11022-2020《高壓交流開關設備和控制設備標準的共用技術要求》5.3 條規定了40.5kV 及以下的耐壓試驗的電壓值，如表1 所示。

表1 40.5kV 及以下耐壓試驗的電壓值

如果按照圖1 接線實施10kV 隔離斷口試驗，施加在開關上端子A 的電壓為48kV，高于該端子對地的耐壓值，這是不合理的，因為很有可能造成該端子的對地擊穿。為了避免發生這樣的情況，一般解決的辦法就是將該開關整體對地隔離，改進的隔離斷口工頻耐壓試驗接線圖如圖2 所示。

圖2 改進的隔離斷口工頻耐壓試驗接線圖

由于增加了保證開關整體絕緣的絕緣平臺，當開關本體重量較大時，會導致絕緣平臺造價較高。

2 中壓開關隔離斷口工頻耐壓試驗裝置設計

標淮IEC 60060-1-2010 推薦的方法是采用兩個獨立的電源產生電壓，在試品兩端分別施加，兩個端子之間電勢差的矢量和即為端子兩端的電壓值。這種辦法一般用于超高壓以上試驗，因為有兩套系統，加上為保證電壓矢量的變壓器相角控制及轉換系統，會導致裝置成本巨大。如果我們采用一套系統的升壓變壓器具有中間抽頭，中間抽頭接地，而變壓器兩端接試品，這樣就省去了為保證電壓矢量的變壓器相角控制及轉換系統，結合耐壓試驗的保護及測控形成中壓隔離斷口工頻耐壓試驗裝置原理圖如圖3 所示。

圖中：QF 為保護開關；KM 為系統控制接觸器；T1 為調壓器；T2 為升壓變壓器；V 為調壓器輸出開關；TA 為電流互感器；A1、A2 為輸出接線端子；FY1、FY2 為分壓器。

3 設備參數的確定

根據表1，中壓開關隔離斷口工頻耐壓試驗值最大為118kV，如考慮為裝置取1.2 冗余，裝置最高電圧為1.2×118＝141.6kV，取整為150kV，試驗容量按照1A 選取，裝置電源選用低壓380V，其設備和參數選型如下：

3.1 調壓器參數

為了便于自動控制，調壓器選用感應自動調壓器，調壓器輸入電壓為380V，輸出電壓為0～420V，調壓器容量為150kVA，冷卻方式為ONAN。

3.2 變壓器參數

變壓器輸入電壓為0～420V，輸出為0～150kV，變壓器容量為150kVA，變壓器取中間抽頭，中間抽頭與變壓器進出線兩端電壓差值小于1%，冷卻方式為ONAN。

3.3 斷路器及接觸器參數

調壓器容量為150kVA，輸入電壓為380V，那么調壓器最大電流為394.7A，斷路器及接觸器額定電流均選用400A，額定電壓為400V。

3.4 電壓表、電流互感器與分壓器參數

電壓表主要為顯示升壓變壓器輸出總電壓用，電壓表實際量程為常規低壓電壓表量程0～450V，顯示為0～150kV，電壓表采用數字電壓表，顯示系數為137.143，電壓表精度為0.1 級。

電流互感器為保護升壓變壓器用，采用額定電壓0.5kV 的全澆注絕緣戶內電流互感器，變比為400／5A，精度為0.5 級。

分壓器主要用于升壓變壓器出線端的端電壓，電壓等級為AC150kV，分壓比為1000：1，精度為0.5 級。

4 控制系統的設計

控制采用手動和自動PLC 控制兩種方式實現，而控制主要包括試驗控制接觸器KM 以及調壓器升降壓的控制，其中KM 的控制包含試驗啟停及試驗時間的控制、過流保護、試驗門禁控制（防止試驗過程人員進入）以及調壓器限位開關控制等。而調壓器升降壓控制主要是實現調壓器電動機的正反轉、過流保護以及調壓器限位開關控制?；诖?，形成的試驗控制主系統圖如圖4 所示。

圖4 中壓開關隔離斷口工頻耐壓試驗控制主系統圖

圖中：HA 為試驗啟動按鈕；TA 為試驗停止按鈕；SQ1 為試驗場門聯鎖開關；SQ2 為調壓器上限位；SQ3 為調壓器下限位；KI 為過流繼電器；KT 為時間繼電器；KM 為系統控制接觸器；SA 為升壓按鈕；TA 為降壓按鈕；KM1、KM2 為調壓器電動機控制接觸器；HD 為試驗指示燈；P1～P6 為PLC 接點。

按鈕實現控制系統手動控制功能。PLC 接點實現標準GB／T16927.1 中要求的對試品施加電壓時，試驗電壓值從達到75%U 起，以2%U／s 的速率升壓并自動控制的要求。電壓的顯示采用輸入電壓轉換為總電壓與分壓器FY1 和FY2 帶電壓表配合即可，最終形成的控制面板圖如圖5 所示。

圖5 控制面板圖

5 結論

由于開關隔離斷口工頻耐壓試驗電壓值高于開關對地及相間的電壓值，采用傳統工頻耐壓試驗裝置時試驗難以實現，基于此，本文研制了一套適用于隔離斷口耐壓試驗的試驗裝置，并達到了設計目標和要求。