中壓開關(guān)隔離斷口工頻耐壓試驗(yàn)裝置的研制

康志林， 李澤芃

（甘肅電器科學(xué)研究院，甘肅天水 741018）

電力設(shè)備最核心的參數(shù)就是絕緣，絕緣不僅影響設(shè)備的可靠性，而且直接關(guān)乎人身及系統(tǒng)安全。因材料及工藝影響，電氣設(shè)備很容易產(chǎn)生絕緣缺陷，帶絕緣缺陷的設(shè)備應(yīng)用于電力系統(tǒng)是十分危險(xiǎn)的。所以，無論是作為電氣設(shè)備設(shè)計(jì)驗(yàn)證的型式試驗(yàn)還是即將交付客戶的出廠檢驗(yàn)，絕緣試驗(yàn)都是必檢項(xiàng)目。而作為電力系統(tǒng)檢修等的隔離斷口檢驗(yàn)要求更是嚴(yán)格，常規(guī)工頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備不能滿足其檢驗(yàn)要求（中壓系統(tǒng)更是如此），所以有必要研制一套能夠用于檢驗(yàn)隔離斷口的工頻耐壓試驗(yàn)裝置。

1 工頻耐壓試驗(yàn)的幾種接線方式

常規(guī)工頻耐壓試驗(yàn)裝置由調(diào)壓器與升壓變壓器組成，升壓變壓器兩個(gè)出線端分別接于開關(guān)兩端，其中一端接地于開關(guān)殼體，其接線圖如圖1 所示。

圖1 常規(guī)工頻耐壓試驗(yàn)接線圖

但隔離斷口耐壓試驗(yàn)的電壓值高于開關(guān)相間及相對(duì)地耐壓試驗(yàn)的電壓值，如GB／T11022-2020《高壓交流開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》5.3 條規(guī)定了40.5kV 及以下的耐壓試驗(yàn)的電壓值，如表1 所示。

表1 40.5kV 及以下耐壓試驗(yàn)的電壓值

如果按照?qǐng)D1 接線實(shí)施10kV 隔離斷口試驗(yàn)，施加在開關(guān)上端子A 的電壓為48kV，高于該端子對(duì)地的耐壓值，這是不合理的，因?yàn)楹苡锌赡茉斐稍摱俗拥膶?duì)地?fù)舸榱吮苊獍l(fā)生這樣的情況，一般解決的辦法就是將該開關(guān)整體對(duì)地隔離，改進(jìn)的隔離斷口工頻耐壓試驗(yàn)接線圖如圖2 所示。

圖2 改進(jìn)的隔離斷口工頻耐壓試驗(yàn)接線圖

由于增加了保證開關(guān)整體絕緣的絕緣平臺(tái)，當(dāng)開關(guān)本體重量較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致絕緣平臺(tái)造價(jià)較高。

2 中壓開關(guān)隔離斷口工頻耐壓試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

標(biāo)淮IEC 60060-1-2010 推薦的方法是采用兩個(gè)獨(dú)立的電源產(chǎn)生電壓，在試品兩端分別施加，兩個(gè)端子之間電勢(shì)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(yàn)，因?yàn)橛袃商紫到y(tǒng)，加上為保證電壓矢量的變壓器相角控制及轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，會(huì)導(dǎo)致裝置成本巨大。如果我們采用一套系統(tǒng)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(zhuǎn)換系統(tǒng)，結(jié)合耐壓試驗(yàn)的保護(hù)及測(cè)控形成中壓隔離斷口工頻耐壓試驗(yàn)裝置原理圖如圖3 所示。

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

3 設(shè)備參數(shù)的確定

根據(jù)表1，中壓開關(guān)隔離斷口工頻耐壓試驗(yàn)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(yàn)容量按照1A 選取，裝置電源選用低壓380V，其設(shè)備和參數(shù)選型如下：

3.1 調(diào)壓器參數(shù)

為了便于自動(dòng)控制，調(diào)壓器選用感應(yīng)自動(dòng)調(diào)壓器，調(diào)壓器輸入電壓為380V，輸出電壓為0～420V，調(diào)壓器容量為150kVA，冷卻方式為ONAN。

3.2 變壓器參數(shù)

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(jìn)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(shù)

調(diào)壓器容量為150kVA，輸入電壓為380V，那么調(diào)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(shù)

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

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

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

4 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

控制采用手動(dòng)和自動(dòng)PLC 控制兩種方式實(shí)現(xiàn)，而控制主要包括試驗(yàn)控制接觸器KM 以及調(diào)壓器升降壓的控制，其中KM 的控制包含試驗(yàn)啟停及試驗(yàn)時(shí)間的控制、過流保護(hù)、試驗(yàn)門禁控制（防止試驗(yàn)過程人員進(jìn)入）以及調(diào)壓器限位開關(guān)控制等。而調(diào)壓器升降壓控制主要是實(shí)現(xiàn)調(diào)壓器電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)、過流保護(hù)以及調(diào)壓器限位開關(guān)控制。基于此，形成的試驗(yàn)控制主系統(tǒng)圖如圖4 所示。

圖4 中壓開關(guān)隔離斷口工頻耐壓試驗(yàn)控制主系統(tǒng)圖

圖中：HA 為試驗(yàn)啟動(dòng)按鈕；TA 為試驗(yàn)停止按鈕；SQ1 為試驗(yàn)場(chǎng)門聯(lián)鎖開關(guān)；SQ2 為調(diào)壓器上限位；SQ3 為調(diào)壓器下限位；KI 為過流繼電器；KT 為時(shí)間繼電器；KM 為系統(tǒng)控制接觸器；SA 為升壓按鈕；TA 為降壓按鈕；KM1、KM2 為調(diào)壓器電動(dòng)機(jī)控制接觸器；HD 為試驗(yàn)指示燈；P1～P6 為PLC 接點(diǎn)。

按鈕實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)手動(dòng)控制功能。PLC 接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)GB／T16927.1 中要求的對(duì)試品施加電壓時(shí)，試驗(yàn)電壓值從達(dá)到75%U 起，以2%U／s 的速率升壓并自動(dòng)控制的要求。電壓的顯示采用輸入電壓轉(zhuǎn)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(jié)論

由于開關(guān)隔離斷口工頻耐壓試驗(yàn)電壓值高于開關(guān)對(duì)地及相間的電壓值，采用傳統(tǒng)工頻耐壓試驗(yàn)裝置時(shí)試驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)，基于此，本文研制了一套適用于隔離斷口耐壓試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置，并達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求。