1 引言
低壓斷路器作為箱式變壓器低壓開關控制設備的重要組件，其能否正常工作直接影響箱式變壓器的運行。 在新能源領域，低壓斷路器的工作狀態經常處于接近滿負荷運行，這是對其運行可靠性的極大考驗。 溫升試驗是驗證斷路器主要性能指標和運行可靠性的重要檢驗項目。 GB/T 14048.2-2020《低壓開關設備和控制設備 第 2 部分： 斷路器》中8.1.2 條規定了斷路器的溫升試驗為型式試驗，該試驗所需試驗電流大，部分斷路器制造廠由于缺乏能生成大電流的設備而忽略該試驗項目。 溫升試驗手段的缺失使斷路器的質量隱患只能依靠箱變廠來篩查，而市場上制造廠家眾多，質量參差不齊，對用戶造成很大的困擾。
GB/T 14048.1-2012《低壓開關設備和控制設備第 1 部分：總則》中 8.3.3.3.4 條對主電路的溫升試驗規定為：對多相電流試驗，各相電流應平衡，每相
電流在±5%的允差范圍內， 多相電流的平均值應不小于相應的試驗電流值。 目前行業內廠家的試驗方法普遍存在兩方面的問題。 其一，由于試驗系統結
構的原因，使中間相比旁邊兩相電流大，某些情況下有可能不滿足標準規定的每相電流±5%的允差范圍要求。 若采用三相調壓器和三相三柱變壓器配合
給斷路器供電方式，將無法進行調節，導致試驗失敗。 其二，GB/T 14048.1-2012 中 8.3.3.3.4 條規定：具有各極相同的多級電器用交流電流進行試驗時，如果電磁效應能夠忽略，經制造商同意，可以將所有極串聯起來通以單相交流電流進行試驗。 該方法不能完全模擬通以三相電流時三相互感的影響，特別是對具有并聯支路的三極交流斷路器，三極通以三相交流電流時每極的并聯支路均與另外兩極的并聯支路產生互感， 而互感系數隨距離減小而增大，在各極并聯支路的相互作用下，造成各極并聯支路中流過的電流分配不均勻，引起各極發熱量不同。 而當三極串聯通以交流單相電流時，A、C 兩極電流對 B 極并聯回路生成的環流正好相互抵消，對A、C 兩極則不然。 此種情況下并聯支路電流分配呈現不均勻性，三極通以三相交流電流要比三極串聯通以單相交流電流時的更加嚴重，導致通三相交流電流的溫升比三極串聯通單相交流電流的高。 因此，對有并聯支路的三極斷路器，溫升試驗需采用三相交流電流進行，才能符合實際運行工況。本文中筆者針對三極斷路器的溫升試驗，研制了一套三相大電流發生器， 以滿足其溫升試驗需要。
2 大電流發生器設計方案及工作原理
2.1 設計方案
為滿足 GB/T 14048.1-2012 中 8.3.3.3.4 條規定的“每相電流在±5%的允差范圍”要求，在電源配置方面需要選擇三臺單相調壓器，分別為變壓器分相供電。以萬能式斷路器 HNW3-63H3 （Ur=690V；Ir=6300A）為例，若溫升試驗在額定工況下進行，需要的電源容量約為 7.6MW，這個條件是絕大部分制造廠達不到的，且電能消耗頗大。 根據 GB/T 14048.1-2012 中 8.3.3.3.4 條規定，主電路的溫升試驗可在任何合適的電壓下進行。 因此，為了在試驗中既獲得大電流又降低電能消耗，宜采用降壓升流技術。 試驗數據測量采用間接測量法比直接測量法更準確、穩定地測量試驗數據。 本套試驗設備擬選用精密電流互感器進行試驗數據的測量。
根據以上考慮，設計一套大電流發生器，試驗電流不低于 6300A， 輸出電流三相不平衡率不大于1%，全套試驗設備由三臺單相調壓器、三相升流變壓器、電流互感器、控制系統組成。 大電流發生器輸出三相交流電流，試驗電流可以三相統調或單相獨立電動連續調節，采用高精度的電流互感器和多功
能數字表測量試驗數據， 能滿足 6700kVA （低壓690V）及以下的預裝式變壓站所用的斷路器溫升試驗。 全套試驗設備的主要技術參數見表 1。
2.2 工作原理
大電流發生器的電源由三臺單相調壓器提供，升流變壓器是由三臺單相變壓器按 YNy0 聯結組成，電流互感器測量升流變壓器的輸出電流。 每一臺調壓器輸入端 A 端分別接入電網三根相線，三臺調壓器輸入端 X 端子短接起來接入電網的 N 線，調壓器的輸出端 a 端分別接入升流變壓器 A、B、C 端，調壓器輸出端 n 端與升流變壓器 N 端連接，升流變壓器輸出通過銅編織帶和連接銅排連接斷路器，如圖 1 所示 （GA、GB 和 GC 為單相調壓器；TA、TB 和TC 為升流變壓器）。 通過操作控制系統實現三臺調壓器同時調節或每臺調壓器單獨調節， 使試驗電流至要求值。
3 主要技術問題和解決方案
3.1 升流變壓器的選擇
考慮試驗電流的允差范圍， 升流變壓器需要輸出電流為 6300×（1+5%）＝6615A，小于 6662A。依據設備的阻抗數據， 推算出交流三相電流6300A 時，試驗線路的電壓降為 3.3V，考慮運行中銅排溫升上升，電阻增大，電壓降增大，再加上連接銅排增多接觸電阻增加， 升流變壓器的輸出電壓為姨3 ×3.3×（1＋10%）＝6.29V,小于 10.4V。升流變壓器由三臺額定容量為 40kVA 單相變壓器按 YNy0 聯結組成，單相組合有利于熱量散發。單相變壓器采用殼式鐵心，中間心柱套繞組，兩側旁柱形成磁回路，兩邊磁場均衡，磁路短，有利于降低空載電流和空載損耗， 同時起到漏磁場的磁屏蔽作用，有利于降低漏磁場引起的附加損耗；此種結構兩邊對稱，利用夾件夾緊，提高機械強度。 低壓繞組采用銅排加工， 保留必要的散熱氣道， 又盡量增強耦合，保證變壓器阻抗在合適范圍。 繞組通過高強度絕緣板和軟膠固定，既保證了結構強度也具有一定的抗沖擊能力。 升流變壓器的主要技術參數見表 2。
3.2 柱式調壓器的選擇
調壓器為試驗系統提供電源，選用三臺單相調壓器，一臺調壓器為升流變壓器一相供電，單臺調壓器的輸出電壓即為升流變壓器的相電壓，實現對升流變壓器輸出電流分相調節。 選用如表 3 技術參數的柱式調壓器，其具有輸出電壓波形正弦性好，輸出電壓下限可以為零，調壓特性平滑、連續、線性，運行
噪聲小的特點。
3.3 測量回路的設計
大電流發生器是在試驗室使用的非移動設備，在測量儀器方面，選用 HL23 系列精密電流互感器，貫穿升流變壓器輸出端銅排，其二次側連接多功能數字表電流測量端。 電流互感器具有 3 組擋位：3000/5、5000/5 和 7000/5， 可切換大小電流量程，提高顯示精度，便于更準確讀數。 互感器和數字表的
測量準確級均為 0.2 級， 能準確、 穩定測量試驗數據。多功能數字表的電壓測量限值為 1000V，而試驗電壓為 10.4V。 因此，試驗電壓測量回路一端接在變壓器輸出接線端子上，另一端直接接入數字表的電壓測量端。
3.4 控制系統的功能選擇
為更方便觀察試驗過程的溫度變化， 將控制方式設計為就地控制，通過操作選擇開關與按鈕鍵，令相應的接觸器、 繼電器上電控制回路接通實現對試驗設備的控制。 調壓器的控制是通過選擇開關實現三相統調或單相分調。面板上有兩塊多功能數字表，用于實時監測設備輸入、輸出的電壓和電流。控制系
統還具有缺相、過壓、過流自檢保護功能。
3.5 操作安全性設計
為避免人為誤操作，在二次控制回路設計時，采用多種聯鎖保護線路。
1）切換電流互感器擋位的聯鎖保護。
大電流發生器的輸出電流通過貫穿式電流互感器測量，通過二次側切換擋位。系統在運行過程中為防止人為誤操作切換擋位， 使電流互感器二次側開路，造成設備損害或人員傷害，在設計二次控制回路時，令主回路通斷與電流互感器擋位具有聯鎖保護，當主回路上電后，互感器擋位切換回路失效。
2）零位合閘保護。
為防止調壓器不在輸出電壓零位時合閘， 引起沖擊電流，造成設備損壞，令調壓器的下限位開關與調壓器合閘線路形成聯鎖， 當其中一臺的調壓器不在零電位，合閘回路失效。
3）調壓器上或下限位保護。
為防止調壓器到達上或下限位時電機仍繼續轉動，使齒輪打滑，令調壓器的上或下限位開關與升壓或降壓按鈕形成聯鎖， 當其中某一臺調壓器達到上限位或下限位時， 此臺調壓器的電機將停止該方向的轉動。
4）升壓與降壓回路聯鎖。
為防止操作時同時按下升壓按鈕和降壓按鈕，造成二次控制回路短路，令兩回路形成聯鎖，即同時按下兩個按鈕時只能使*早接合的回路上電。
4 試驗驗證及分析
以配套 6700kVA 箱式變壓器的萬能式斷路器HNW3-63H3（額定電流 6300A，且三極均具有兩個并聯支路）為試品，對設備進行試驗驗證。
4.1 試驗方法
采用交流三相 電流試驗 ， 試驗方法 按 GB/T14048.1-2012 中 8.3.3.3.4 條的規定。 選用的連接銅排 經 與 斷 路 器 制 造 廠 商 定 采 用 10mm ×100mm ×2000mm 銅排，每個接線端子 10 根，銅排涂黑色無光漆，每極銅排分兩組，每組隔開 100mm，每極每根并聯銅排用環氧母線夾隔開 10mm 并夾緊， 采用有利于銅排散熱的布置方式。 銅排的另一端采用銅編織帶與升流變壓器輸出端連接，如圖 2 所示。斷路器三極下端連接在一起組成星形。
合閘后首先進行三相統調，AC 相 2200A 時，B相已接近 3000A,此時轉為分相細調。 重點是對 AC相升流，同時觀察 B 相電流變化，三相電流接近后，逐相升流到額定值， *終三相調到 6350A， 細調結束。 對試品施加試驗電流，試驗時間持續 8h。
4.2 試驗結果及分析
4.2.1 6300A 斷路器溫升試驗情況試驗時， 同一出線端子并聯的銅編織帶布置應采用連續換位或完全換位， 否則并聯銅編織帶的電流分布不均勻，可能導致部分載流導體過載運行，存在安全隱患。 表 4 為四條與升流變壓器輸出端 a 端連接的銅編織帶不換位和連續換位時電流分布的對比數據。輸出試驗電壓 Uac 為 5.56V， 由于 ac 引線長度要比 ab 和 bc 稍長，因此前者電壓比后兩者要高，輸出試驗電流為 6350A， 輸出的電壓和電流均符合設計參數，滿足試驗需求。三相輸出電流不平衡率*大值為 0.22%，優于不平衡率 1%的要求。 表 5 為試驗結束前 2h 內輸出電壓和電流的數據。
試驗持續 8h，期間每 30min 用紅外熱成像儀監測試驗設備各部件溫升情況， 試驗過程中各部件沒有產生明顯的過熱點，溫升值均處于可接受的范圍。表 6 為溫升試驗結束前 2h 內試驗設備各部件溫升數據。
4.2.2 試驗結果
試 驗 結 束 時 ， 斷 路 器 接 線 端 子 * 大 溫 升 為73.9K，產品溫升合格。 對比斷路器廠家測試該型號斷 路 器 接 線 端 子 * 大 溫 升 結 果 73.1K， 偏 差 為1.09%，測試結果并無明顯差異。全套試驗設備操作方便，功能配置合理，輸出電流連續可調、調節精度高，滿足斷路器 HNW3-63H3（額定電流 6300A）溫升試驗要求，試驗過程較順利，各部件的溫升滿足要求，且電能消耗低。
4.2.3 注意事項
所有電氣聯結螺栓應緊固， 避免由于接觸**而引起局部過熱； 實時監測試驗設備各部件的溫升情況， 特別是變壓器出線銅排、 互感器支撐架等部位，避免由于大電流可能出現的渦流引起局部過熱；同一出線端子并聯的銅編織帶的布置應采用連續換位或完全換位，避免并聯的銅編織帶電流分布不均。
5 結論
本文筆者所研制的大電流發生器實現了既定目標，經試驗驗證輸出電流可達到 6350A，試驗容量滿足試驗需求，具有輸出電流連續可調、調節精度高、輸出三相電流不平衡率不大于 1%、 電能消耗低等特點。 大電流發生器的成功研制大大提升了對斷路器、低壓柜等產品的溫升試驗篩查能力，對變壓器、預裝式變壓站的大電流試驗也是適用的。
