1 引言
低压断路器作为箱式变压器低压开关控制设备的重要组件，其能否正常工作直接影响箱式变压器的运行。 在新能源领域，低压断路器的工作状态经常处于接近满负荷运行，这是对其运行可靠性的极大考验。 温升试验是验证断路器主要性能指标和运行可靠性的重要检验项目。 GB/T 14048.2-2020《低压开关设备和控制设备 第 2 部分： 断路器》中8.1.2 条规定了断路器的温升试验为型式试验，该试验所需试验电流大，部分断路器制造厂由于缺乏能生成大电流的设备而忽略该试验项目。 温升试验手段的缺失使断路器的质量隐患只能依靠箱变厂来筛查，而市场上制造厂家众多，质量参差不齐，对用户造成很大的困扰。
GB/T 14048.1-2012《低压开关设备和控制设备第 1 部分：总则》中 8.3.3.3.4 条对主电路的温升试验规定为：对多相电流试验，各相电流应平衡，每相
电流在±5%的允差范围内， 多相电流的平均值应不小于相应的试验电流值。 目前行业内厂家的试验方法普遍存在两方面的问题。 其一，由于试验系统结
构的原因，使中间相比旁边两相电流大，某些情况下有可能不满足标准规定的每相电流±5%的允差范围要求。 若采用三相调压器和三相三柱变压器配合
给断路器供电方式，将无法进行调节，导致试验失败。 其二，GB/T 14048.1-2012 中 8.3.3.3.4 条规定：具有各极相同的多级电器用交流电流进行试验时，如果电磁效应能够忽略，经制造商同意，可以将所有极串联起来通以单相交流电流进行试验。 该方法不能完全模拟通以三相电流时三相互感的影响，特别是对具有并联支路的三极交流断路器，三极通以三相交流电流时每极的并联支路均与另外两极的并联支路产生互感， 而互感系数随距离减小而增大，在各极并联支路的相互作用下，造成各极并联支路中流过的电流分配不均匀，引起各极发热量不同。 而当三极串联通以交流单相电流时，A、C 两极电流对 B 极并联回路生成的环流正好相互抵消，对A、C 两极则不然。 此种情况下并联支路电流分配呈现不均匀性，三极通以三相交流电流要比三极串联通以单相交流电流时的更加严重，导致通三相交流电流的温升比三极串联通单相交流电流的高。 因此，对有并联支路的三极断路器，温升试验需采用三相交流电流进行，才能符合实际运行工况。本文中笔者针对三极断路器的温升试验，研制了一套三相大电流发生器， 以满足其温升试验需要。
2 大电流发生器设计方案及工作原理
2.1 设计方案
为满足 GB/T 14048.1-2012 中 8.3.3.3.4 条规定的“每相电流在±5%的允差范围”要求，在电源配置方面需要选择三台单相调压器，分别为变压器分相供电。以万能式断路器 HNW3-63H3 （Ur=690V；Ir=6300A）为例，若温升试验在额定工况下进行，需要的电源容量约为 7.6MW，这个条件是绝大部分制造厂达不到的，且电能消耗颇大。 根据 GB/T 14048.1-2012 中 8.3.3.3.4 条规定，主电路的温升试验可在任何合适的电压下进行。 因此，为了在试验中既获得大电流又降低电能消耗，宜采用降压升流技术。 试验数据测量采用间接测量法比直接测量法更准确、稳定地测量试验数据。 本套试验设备拟选用精密电流互感器进行试验数据的测量。
根据以上考虑，设计一套大电流发生器，试验电流不低于 6300A， 输出电流三相不平衡率不大于1%，全套试验设备由三台单相调压器、三相升流变压器、电流互感器、控制系统组成。 大电流发生器输出三相交流电流，试验电流可以三相统调或单相独立电动连续调节，采用高精度的电流互感器和多功
能数字表测量试验数据， 能满足 6700kVA （低压690V）及以下的预装式变压站所用的断路器温升试验。 全套试验设备的主要技术参数见表 1。
2.2 工作原理
大电流发生器的电源由三台单相调压器提供，升流变压器是由三台单相变压器按 YNy0 联结组成，电流互感器测量升流变压器的输出电流。 每一台调压器输入端 A 端分别接入电网三根相线，三台调压器输入端 X 端子短接起来接入电网的 N 线，调压器的输出端 a 端分别接入升流变压器 A、B、C 端，调压器输出端 n 端与升流变压器 N 端连接，升流变压器输出通过铜编织带和连接铜排连接断路器，如图 1 所示 （GA、GB 和 GC 为单相调压器；TA、TB 和TC 为升流变压器）。 通过操作控制系统实现三台调压器同时调节或每台调压器单独调节， 使试验电流至要求值。
3 主要技术问题和解决方案
3.1 升流变压器的选择
考虑试验电流的允差范围， 升流变压器需要输出电流为 6300×（1+5%）＝6615A，小于 6662A。依据设备的阻抗数据， 推算出交流三相电流6300A 时，试验线路的电压降为 3.3V，考虑运行中铜排温升上升，电阻增大，电压降增大，再加上连接铜排增多接触电阻增加， 升流变压器的输出电压为姨3 ×3.3×（1＋10%）＝6.29V,小于 10.4V。升流变压器由三台额定容量为 40kVA 单相变压器按 YNy0 联结组成，单相组合有利于热量散发。单相变压器采用壳式铁心，中间心柱套绕组，两侧旁柱形成磁回路，两边磁场均衡，磁路短，有利于降低空载电流和空载损耗， 同时起到漏磁场的磁屏蔽作用，有利于降低漏磁场引起的附加损耗；此种结构两边对称，利用夹件夹紧，提高机械强度。 低压绕组采用铜排加工， 保留必要的散热气道， 又尽量增强耦合，保证变压器阻抗在合适范围。 绕组通过高强度绝缘板和软胶固定，既保证了结构强度也具有一定的抗冲击能力。 升流变压器的主要技术参数见表 2。
3.2 柱式调压器的选择
调压器为试验系统提供电源，选用三台单相调压器，一台调压器为升流变压器一相供电，单台调压器的输出电压即为升流变压器的相电压，实现对升流变压器输出电流分相调节。 选用如表 3 技术参数的柱式调压器，其具有输出电压波形正弦性好，输出电压下限可以为零，调压特性平滑、连续、线性，运行
噪声小的特点。
3.3 测量回路的设计
大电流发生器是在试验室使用的非移动设备，在测量仪器方面，选用 HL23 系列精密电流互感器，贯穿升流变压器输出端铜排，其二次侧连接多功能数字表电流测量端。 电流互感器具有 3 组挡位：3000/5、5000/5 和 7000/5， 可切换大小电流量程，提高显示精度，便于更准确读数。 互感器和数字表的
测量准确级均为 0.2 级， 能准确、 稳定测量试验数据。多功能数字表的电压测量限值为 1000V，而试验电压为 10.4V。 因此，试验电压测量回路一端接在变压器输出接线端子上，另一端直接接入数字表的电压测量端。
3.4 控制系统的功能选择
为更方便观察试验过程的温度变化， 将控制方式设计为就地控制，通过操作选择开关与按钮键，令相应的接触器、 继电器上电控制回路接通实现对试验设备的控制。 调压器的控制是通过选择开关实现三相统调或单相分调。面板上有两块多功能数字表，用于实时监测设备输入、输出的电压和电流。控制系
统还具有缺相、过压、过流自检保护功能。
3.5 操作安全性设计
为避免人为误操作，在二次控制回路设计时，采用多种联锁保护线路。
1）切换电流互感器挡位的联锁保护。
大电流发生器的输出电流通过贯穿式电流互感器测量，通过二次侧切换挡位。系统在运行过程中为防止人为误操作切换挡位， 使电流互感器二次侧开路，造成设备损害或人员伤害，在设计二次控制回路时，令主回路通断与电流互感器挡位具有联锁保护，当主回路上电后，互感器挡位切换回路失效。
2）零位合闸保护。
为防止调压器不在输出电压零位时合闸， 引起冲击电流，造成设备损坏，令调压器的下限位开关与调压器合闸线路形成联锁， 当其中一台的调压器不在零电位，合闸回路失效。
3）调压器上或下限位保护。
为防止调压器到达上或下限位时电机仍继续转动，使齿轮打滑，令调压器的上或下限位开关与升压或降压按钮形成联锁， 当其中某一台调压器达到上限位或下限位时， 此台调压器的电机将停止该方向的转动。
4）升压与降压回路联锁。
为防止操作时同时按下升压按钮和降压按钮，造成二次控制回路短路，令两回路形成联锁，即同时按下两个按钮时只能使*早接合的回路上电。
4 试验验证及分析
以配套 6700kVA 箱式变压器的万能式断路器HNW3-63H3（额定电流 6300A，且三极均具有两个并联支路）为试品，对设备进行试验验证。
4.1 试验方法
采用交流三相 电流试验 ， 试验方法 按 GB/T14048.1-2012 中 8.3.3.3.4 条的规定。 选用的连接铜排 经 与 断 路 器 制 造 厂 商 定 采 用 10mm ×100mm ×2000mm 铜排，每个接线端子 10 根，铜排涂黑色无光漆，每极铜排分两组，每组隔开 100mm，每极每根并联铜排用环氧母线夹隔开 10mm 并夹紧， 采用有利于铜排散热的布置方式。 铜排的另一端采用铜编织带与升流变压器输出端连接，如图 2 所示。断路器三极下端连接在一起组成星形。
合闸后首先进行三相统调，AC 相 2200A 时，B相已接近 3000A,此时转为分相细调。 重点是对 AC相升流，同时观察 B 相电流变化，三相电流接近后，逐相升流到额定值， *终三相调到 6350A， 细调结束。 对试品施加试验电流，试验时间持续 8h。
4.2 试验结果及分析
4.2.1 6300A 断路器温升试验情况试验时， 同一出线端子并联的铜编织带布置应采用连续换位或完全换位， 否则并联铜编织带的电流分布不均匀，可能导致部分载流导体过载运行，存在安全隐患。 表 4 为四条与升流变压器输出端 a 端连接的铜编织带不换位和连续换位时电流分布的对比数据。输出试验电压 Uac 为 5.56V， 由于 ac 引线长度要比 ab 和 bc 稍长，因此前者电压比后两者要高，输出试验电流为 6350A， 输出的电压和电流均符合设计参数，满足试验需求。三相输出电流不平衡率*大值为 0.22%，优于不平衡率 1%的要求。 表 5 为试验结束前 2h 内输出电压和电流的数据。
试验持续 8h，期间每 30min 用红外热成像仪监测试验设备各部件温升情况， 试验过程中各部件没有产生明显的过热点，温升值均处于可接受的范围。表 6 为温升试验结束前 2h 内试验设备各部件温升数据。
4.2.2 试验结果
试 验 结 束 时 ， 断 路 器 接 线 端 子 * 大 温 升 为73.9K，产品温升合格。 对比断路器厂家测试该型号断 路 器 接 线 端 子 * 大 温 升 结 果 73.1K， 偏 差 为1.09%，测试结果并无明显差异。全套试验设备操作方便，功能配置合理，输出电流连续可调、调节精度高，满足断路器 HNW3-63H3（额定电流 6300A）温升试验要求，试验过程较顺利，各部件的温升满足要求，且电能消耗低。
4.2.3 注意事项
所有电气联结螺栓应紧固， 避免由于接触**而引起局部过热； 实时监测试验设备各部件的温升情况， 特别是变压器出线铜排、 互感器支撑架等部位，避免由于大电流可能出现的涡流引起局部过热；同一出线端子并联的铜编织带的布置应采用连续换位或完全换位，避免并联的铜编织带电流分布不均。
5 结论
本文笔者所研制的大电流发生器实现了既定目标，经试验验证输出电流可达到 6350A，试验容量满足试验需求，具有输出电流连续可调、调节精度高、输出三相电流不平衡率不大于 1%、 电能消耗低等特点。 大电流发生器的成功研制大大提升了对断路器、低压柜等产品的温升试验筛查能力，对变压器、预装式变压站的大电流试验也是适用的。
