低壓成套開關設備和控制設備溫升試驗研究

楊興，李濤，康志林

（甘肅電器科學研究院，甘肅 天水 741018）

低壓成套開關設備和控制設備是由一個或多個低壓開關器件和與之相關的控制、測量、信號、保護、調節等設備，以及所有的內部電氣和機械連接及結構部件所構成的組合體[1]。其廣泛應用于交流頻率50Hz（或60 Hz）、電壓1000V以下或直流1500V以下的低壓配電系統中，主要完成電能的分配及控制，例如生產現場、公共場所、居民住宅等，可以說，只要有用電的地方，都離不開低壓成套開關設備和控制設備。因此，低壓成套開關設備和控制設備的質量對配電系統的安全有著深遠的影響。溫升試驗是低壓成套開關設備和控制設備的一項重要的型式試驗。其通過施加規定的電流，模擬低壓成套開關設備和控制設備在正常運行過程中各部件的發熱情況，判斷其溫升是否符合標準要求，進而改進設計，提升產品質量。

1 試驗要求

為得到最接近實際工況的溫升值，低壓成套開關設備和控制設備溫升試驗應盡可能滿足以下要求：

（1）代表性布置的選擇

進行溫升試驗時，應選擇在低壓成套開關設備和控制設備最具有代表性的布置上進行，例如具有多個相同額定電流的支路的低壓成套電氣設備，一般選擇中間支路作為溫升測量點，因為中間支路相比于兩側的支路溫升環境更嚴酷。

（2）溫度的測量

進行溫升試驗時，除了要測量低壓成套開關設備和控制設備各不同規格的載流部件的溫升，還應測量設備外殼、周圍環境的溫度。一般在試品周圍均勻布置至少2個環境溫度測量點，測量點距離試品1米、高度為試品高度的一半，環境溫度應為各測量點溫度的平均值，一般使用溫度計或熱電偶測量溫度。

（3）試品的放置

進行溫升試驗時，低壓成套開關設備和控制設備應按正常使用時放置，如表面安裝式的應掛接在溫升試驗模擬墻上，嵌入安裝式的應配置具有嵌入結構的模擬墻，并且溫升試驗模擬墻墻體材料比熱容應接近混凝土等實際建筑墻體。

（4）試驗電流

進行溫升試驗時，對于三相低壓成套開關設備和控制設備，三相電流應盡可能平衡，實際試驗電流的平均值與預期電流的誤差應控制在－0%～＋3%之內，每相電流與預期電流的誤差應控制在－5%～＋5%之內。

2 試驗方法

GB／T 7251．1－2013《低壓成套開關設備和控制設備 第1部分：總則》10．1．2．3．1條規定“各條電路的溫升試驗應采用設計的頻率和預期的電流類型，任何試驗電壓值應能產生所需的電流，應對繼電器線圈、接觸器線圈、脫扣器線圈等施加額定工作電壓”[1]。由此可見，低壓成套開關設備和控制設備進行溫升試驗時，主回路只要求試驗電流，不要求試驗電壓。目前，國內低壓成套開關設備和控制設備生產廠家和檢驗檢測機構用于進行溫升試驗時產生低壓大電流的設備主要為多磁路試驗系統或程控恒流源試驗系統。其中，多磁路試驗系統一般用作正向送電法溫升試驗，程控恒流源試驗系統一般用作反向送電溫升試驗。

2．1 正向送電法

正向送電法是從低壓成套開關設備和控制設備主進線開關送電，電流經主進線開關后分配至各出線回路。正向送電法一般適用于電流較大、出線回路較少的低壓成套開關設備和控制設備，大多使用多磁路試驗系統產生試驗電流。多磁路試驗系統主要由電源變壓器、調壓器、多磁路變壓器串聯而成，其中多磁路變壓器由4個相互獨立的繞組組成，容量分別為整機容量的1／6、1／3、1／3、1／6，通過在輸入端控制各個繞組的投入情況，就可使其副邊的輸出電壓值以1：2：3：4：5：6的級數遞增，在其中產生1／6輸出的繞組上接入一個相當于整機容量1／6的調壓器，就可在每一級差范圍內實現無級連續調壓[2]。由交流接觸器控制各個繞組是否接入，從而實現多磁路變壓器的輸出電流可全程分級連續可調[2]。

采用正向送電法進行溫升試驗時，如果是各出線回路額定電流規格相同的低壓成套開關設備和開關設備，則直接將多磁路試驗系統連接主進線開關，出線回路短接，調節多磁路試驗系統輸出電流到預期試驗電流就可以進行溫升試驗。如果是各出線回路額定電流規格不相同的低壓成套開關設備和開關設備，則需要在各出線回路配置電流調節裝置來作為負載來調節各出線回路電流達到預期電流值。正向送電法溫升試驗接線圖如圖1所示（以GCS溫升試驗為例）。

圖1 正向送電法溫升試驗接線圖

正向送電法溫升試驗由于是從主進線開關送電，每個出線回路輸出試驗電流，更加符合低壓成套開關設備和控制設備的實際使用方式。在實際試驗中，這種試驗方式對各出線回路額定電流規格相同的低壓成套開關設備和開關設備比較適合，各出線回路輸出電流容易達到預期試驗電流，能準確地模擬實際使用工況。但對于各出線回路額定電流規格不相同的低壓成套開關設備和開關設備，試驗過程較為復雜，往往各出線回路的試驗電流很難完全達到預期值，并且在試驗過程中由于試驗回路長時間帶電運行，回路阻抗發熱造成回路電阻變大，降低回路出力，需要不斷調節各出線回路的電流調節裝置來使試驗電流與預期值相符。這種情況下，需要人工不斷干預，存在輸出電流穩流精度低、試驗自動化程度低等問題，會在一定程度上影響溫升試驗的準確性。為了提高輸出電流穩流精度和試驗自動化程度，往往選擇加入程控電流調節裝置來調節各出線回路的輸出電流。

2．2 反向送電法

反向送電法是從低壓成套開關設備和控制設備各出線回路送電，電流經各配電母線和主母線匯流至主回路進線開關。反向送電法一般適用于電流較小、出線回路較多的低壓成套開關設備和控制設備，大多使用多個規格的程控恒流源產生試驗電流。恒流源的實質是利用電子器件對電流進行反饋，動態調節設備的供電狀態，從而使得電流趨于恒定，只要能夠得到電流，就可以有效形成反饋，從而建立恒流源[3]。

采用反向送電法進行溫升試驗，如果是各出線回路額定電流規格相同的低壓成套開關設備和開關設備，可以按各出線回路額定電流選擇合適的程控恒流源向各出線回路送電，主進線開關短接，也可以采用正向送電法按主回路額定電流選擇合適的程控恒流源向主進線開關送電，各出線回路短接，此時試驗方式與多磁路試驗方式相同。如果是各出線回路額定電流規格不相同的低壓成套開關設備和開關設備，則按各出線回路額定電流選擇合適的程控恒流源，主進線開關短接。反向送電法溫升試驗接線圖如圖2所示（以GCS溫升試驗為例）。

圖2 反向送電法溫升試驗接線圖

反向送電法由于是從各出線回路向主進線開關送電，各出線回路按試驗電流配置適宜規格的程控恒流源，調節各程控恒流源的輸出電流可以實現試驗電流的精準控制，并且相比較于多磁路試驗系統正向送電法溫升試驗不需要額外配置電流調節裝置。但對于額定電流較大的低壓成套開關設備和控制設備，進行溫升試驗時有一定困難，往往會出現額定電流較大的回路送電時，電流會反送至額定電流較小的回路，使得額定電流較小的回路實際施加的電流遠遠大于預期試驗電流，無法進行試驗。此外，就地控制的程控恒流源進行溫升試驗送電時，往往需要多個試驗人員同時調節各個程控恒流源輸出電流，同時送電。為了提高自動化程度和試驗效率，可以采用遠程計算機集中控制各個程控恒流源。

3 試驗結果判定及注意事項

進行溫升試驗時，當被試低壓成套開關設備和控制設備各測量點的溫度變化均小于1K／h時，則認為溫升達到了穩定狀態，試驗可以停止。溫升試驗中被試低壓成套開關設備和控制設備各載流部件及外殼的溫升不得超過表1規定的限值，若超過規定的限值，則溫升試驗不合格。

表1 低壓成套開關設備和控制設備溫升限值

進行溫升試驗時，應注意保持試驗場所的環境溫度免受空氣流動和熱輻射的影響，一般要求溫升試驗在＋10℃～＋40℃的環境溫度下進行[1]。進行溫升試驗時還應按實際使用方式布置被試低壓成套開關設備和控制設備，實際試驗電流和預期電流的誤差要嚴格控制在標準要求的誤差之內。如果低壓成套開關設備和控制設備內部各元件的承受能力允許，可以在試驗開始時加大試驗電流運行一段時間，然后再降到規定的試驗值，這樣做可以縮短試驗時間[1]。

4 試驗實例

對某GCS型抽出式（固定分隔式）開關柜進行溫升試驗，其額定電流為：受電柜主進線斷路器2500A，饋電柜上斷路器1000A，下斷路器500A，控制柜1／2單元50A，1單元50，3／2單元50A，2單元50A，3單元200A，4單元200A，5單元200A，6單元200A。溫升試驗需在受電柜、饋電柜、控制柜，采用程控恒流源試驗系統反向送電法進行，試驗接線圖與圖2相同，各回路實際施加的試驗電流如表2所示，溫升測量點示意圖如圖3所示。

圖3 溫升測量點示意圖

表2 各回路實際施加的試驗電流（A）

采用熱電偶將各部件溫升傳輸至數據采集器，經計算機溫度采集軟件處理后顯示。通過進行試驗，被試GCS型抽出式（固定分隔式）開關柜各部件溫升均符合溫升限值要求，溫升合格。

5 結論

正向送電法和反向送電法是低壓成套開關設備和控制設備溫升試驗兩種常用方法。多磁路試驗系統和程控恒流源試驗系統是低壓成套開關設備和控制設備溫升試驗兩種常用試驗系統。實際試驗時，應根據不同的低壓成套開關設備和控制設備選擇合適的試驗方法和試驗系統，來模擬更接近實際的使用工況，以獲得更準確的溫升值。