隔离开关交直流联合耐压试验的研究

虞 昶 宿 为 吴希伟

（国网电力科学研究院有限公司）

0 引言

隔离开关是输电系统和大容量试验站中重要的电气设备之一。直流充电装置用隔离开关位于振荡大厅，其主要作用是为振荡回路主电塔充电［1-5］。本文针对隔离开关实际使用中的一个典型工况，对隔离开关进行交直流联合耐压试验，并结合试验中遇到的问题对隔离开关的结构提出改进建议。为隔离开关安全性能及电网稳定运行提供坚实的试验基础，同时为产品同行厂家提供一些建议。整个试验过程可以为试验人员提供参考。

1 试验原理

电气设备绝缘试验是保证设备安全运行的重要措施，通过试验，掌握设备绝缘状况，及时发现绝缘内部隐藏的缺陷，并通过检修加以消除，严重者必须予以更换，以免设备在运行中发生绝缘击穿，造成停电或设备损坏等不可挽回的损失。

交流耐压和直流耐压都是耐压试验，是鉴定电力设备绝缘强度的方法。因试验持续时间不超过60s，在整个试验过程中试验电压的测量值应保持在规定电压值的±1%以内。交直流联合耐压是由两个独立电源产生的直流电压和交流电压分别接到有三个端子试品的两个带电端子之间（第三端接地）的电压。

2 隔离开关设计参数验证

2.1 隔离开关设计参数需求

隔离开关结构简单，但直流充电装置的工况问题，会有交流电压和直流电压同时存在隔离开关两端的特殊情况。因此需要对该隔离开关进行试验，确认其能满足实际使用需求。经核实，隔离开关需满足表1中的试验要求。

表1 隔离开关试验要求

2.2 交流耐压和直流耐压验证

交流耐压试验［6-8］采用1650kV／2A工频电压测量系统，直流耐压试验采用2400kV／30mA高压直流试验系统，试验结果为通过。

2.3 联合耐压试验保护电阻的选用

在交直流联合耐压试验前，还需要做准备工作。考虑到若是隔离开关不能满足绝缘性能要求，发生击穿，有可能会损坏交直流试验设备，所以需要对试验设备进行保护。由于直流设备额定电流为30mA，远比工频设备的额定电流2A小，故主要考虑工频设备对直流设备的影响。

在交流耐压试验中，被试品被击穿或沿面闪络时，被试品上的电压会突然下降，使试验变压器输出电压在瞬间降低，接近于零。此时，相当于在变压器高压绕组上受到了一个与放电电压极性相反、很大的冲击电压波的作用，此电压在绕组上分布极不均匀，在高压绕组首端附近很大，往往对高压绕组该部分的纵绝缘构成很大威胁。

1650kV／2A工频电压测量系统自带了快速保护开关，采用这种保护方式的闪络后的电压波形如图1所示，没有多次重燃和熄灭，可有效地限制试品闪络后的恢复过电压。

图1 带快速保护开关后的电压波形

由于实验室现有保护电阻阻值不够，故准备在工频设备和直流设备两侧均串联一根50kΩ电阻的情况下，额外在直流设备高压侧串联一根1MΩ水电阻。该水电阻由人工制备，共做了两根，其中一根进行了长波头操作冲击电压试验，试验数据见表2。通过后才将另一根接入回路中做保护电阻使用。

表2 水电阻长波头操作冲击电压数据

2.4 交直流联合耐压试验

对隔离开关进行交直流联合耐压试验，试验回路原理图如图2所示。左边回路为工频电压回路，右边回路为直流电压回路。试验布置形态如图3所示，空中悬挂着的为保护电阻。

图2 试验回路原理图

图3 试验布置形态

试验结果为上下端子间闪络，未通过，数据见表3。试验后检查，交直流设备功能正常能继续使用，说明保护电阻起到了作用。

表3 实验数据

3 设计参数再验证

3.1 击穿分析

从图4样品击穿图可以看出击穿点为上端子均压环对下端子凸出的钢板尖端放电。下端子钢板为长方形且未倒角。故得出猜想：隔离开关未达到设计耐受电压，是由于下端子未加均压罩，未倒角的尖端易形成绝缘薄弱处。

图4 样品击穿图

3.2 设计电压再验证

用铝箔管做个简易均压环，将隔离开关下端子包裹住，减少尖端对试验的影响，再次进行交直流联合耐压试验。试验结果：峰值电压830kV（AC）+840kV（DC）耐受1min，试验通过。

3.3 提出建议

经过改进后验证试验，分析得出隔离开关下端子结构对样品绝缘性能的影响关系，并对隔离开关的设计结构提出如下建议：

（1）下端子加装均压环；

（2）下端子金属部件进行倒角，减少放电薄弱点。

4 结束语

隔离开关在原有结构下并不能达到目标设计值，通过观察下端子的机械结构，改进其绝缘薄弱点，进行了二次验证试验，样品绝缘性能达到了设计电压值。此次试验，不仅为隔离开关安全性能及电网稳定运行提供坚实的试验基础，同时为高压试验人员提供一定参考和借鉴。