工频耐压试验装置的组成及选型方法

一、 工频耐压试验装置的组成

1. 试验变压器
   作为装置的核心单元，其功能是将输入的低电压升高至试验所需的高电压等级。结构形式通常为单相，可分为油浸式或干式两类。
2. 调压控制装置（控制台）
   用于对施加到试验变压器初级侧的电压进行平稳、连续的无级调节，进而精准控制高压侧的输出电压。常见类型包括自耦调压器、电动调压器以及电子式调压系统。
3. 保护电阻
   串联接入高压试验回路，作用是在试品发生闪络或击穿故障时，限制回路中产生的短路电流，从而对试验变压器和测量系统起到保护作用。
4. 测量系统
   核心功能是对施加到试品的高电压进行准确测量。传统测量方式采用高压静电电压表或测量绕组；现代装置则普遍采用电容分压器配合低压仪表的测量方案，兼具安全性与高精度的特点。
5. 补偿电抗器（选件）
   适用于电容性试品（如长电缆、气体绝缘开关设备）的试验场景。此类试品的容性电流会大幅增加试验变压器的容量需求，并联补偿电抗器可提供感性电流对容性电流进行抵消，从而有效降低对试验电源容量的要求。

二、 工频耐压试验装置的主流技术路线

1. 传统工频试验变压器装置
   以试验变压器、调压控制装置、保护电阻、测量系统为基础组成。该技术路线结构简单、原理清晰，但在对大容量试品开展试验时，存在设备体积大、重量重的局限性。
2. 串联谐振耐压试验装置
   主要由变频电源、激励变压器、可调电抗器、电容分压器构成。其工作原理是通过调节变频电源的输出频率，使试验回路在工频条件下产生谐振。谐振状态下，仅需提供满足回路有功损耗的电源容量，即可获得满足试验要求的巨大输出容量。
   该技术路线是目前现场对大容量电力设备（如电力电缆、发电机、气体绝缘开关设备）开展耐压试验的主流与首选方案，具备体积小、重量轻、对试验电源要求低的显著优势。

三、 工频耐压试验装置的选型方法

1. 明确试品参数与试验标准
   • 最高试验电压（U）：依据试品对应的技术标准或预防性试验规程确定。
   • 试品最大对地电容量（C）：可从设备铭牌、出厂试验报告中获取，或通过专业测试手段测得。该参数是选型过程中最关键且易被忽视的核心指标。
2. 计算关键电气参数
   • 最大试验电流（I）：试品的试验电流为电容电流，计算公式为：
     I=ω×C×U=2πfCU
     式中工频频率 f 取 50Hz。
   • 所需最小装置容量（P）：计算公式为：
     P=U×I
   • 举例说明：对一条电容量约 0.5μF 的 10kV 电缆开展 21.75kV 的耐压试验，经计算可得：
     I≈2×3.14×50×0.5×10−6×21.75×103≈3.4A
     P≈21.75kV×3.4A≈74kVA
     在此场景下，若采用传统试验变压器方案，需配备容量至少 75kVA 的设备，且设备体积与重量较大；若采用串联谐振方案，所需的电源输入容量仅为传统方案的十分之一左右。
3. 匹配与确定装置规格
   • 额定电压：装置的额定输出电压应略高于计算得出的试品最高试验电压 U，确保试验电压调节的余量。
   • 额定容量：装置的额定输出容量应大于计算得出的最小装置容量 P。为保障试验电压波形质量，并为设备运行预留安全余量，建议选择容量为计算值 1.2-1.5 倍的装置。
4. 特殊要求校验
   • 短路电流：装置应具备足够的短路电流输出能力，通常要求短路电流大于 0.1A。该指标可确保试品发生表面闪络故障时，电压表指示出现明显跌落，便于试验人员及时观察故障状态。
   • 海拔与环境：若装置需在高原地区使用，需提前确认设备的高海拔修正系数，确保设备在特定环境下的性能与安全。