高压电力试验中交直流试验电源的应用和选型

一、引言

高压电力试验中，试验电源的选择直接关系到试验结果的等效性与有效性。交流试验电源与直流试验电源虽同属高压试验装备，但在输出特性、技术原理和适用场景上存在本质差异。这种差异的根源，在于两类试验所回答的工程问题不同：交流试验旨在验证设备在实际运行电压下的绝缘耐受能力，追求的是工况等效；直流试验则侧重于通过特定电场分布下的泄漏电流响应来诊断绝缘缺陷，追求的是缺陷灵敏度。

试验标准体系为这一选择提供了规范性框架。国际层面，IEC 60060-1:2025（第4版）规定了直流、交流及冲击电压介电试验的一般要求，适用于最高电压高于1.0 kV AC和1.5 kV DC的设备。国内层面，GB/T 16927.1-2011在技术内容上修改采用IEC标准，对试验电压和电流的产生、试验程序及合格判据作出规定。测量系统方面，IEC 60060-2:2025与GB/T 16927.2-2013分别对实验室和工厂试验中的高压测量系统提出要求。现场试验则需参照DL/T 474.2-2018等专项导则。

二、交流试验电源：等效模拟的技术实现与标准约束

2.1 核心功能与标准要求

交流试验电源的基本任务是产生符合标准规定的交流高电压。根据IEC 60060-1:2025和GB/T 16927.1-2011的框架，试验电压的波形、频率、幅值及测量不确定度均须满足规定要求。对于交流电压试验，标准允许的频率范围通常为45～300 Hz，这一宽容度为变频谐振技术的应用提供了规范依据。

2.2 大电容负载下的技术挑战与解决方案

在现场试验中，交联聚乙烯（XLPE）电缆和GIS设备呈现显著容性负载特性，这对试验电源的容量提出了严峻挑战。以一条10 km长的110 kV XLPE电缆为例，在160 kV试验电压下，电容电流对应的无功功率需求可达兆伏安级，传统工频试验变压器难以满足现场便携性要求。

调频串联谐振装置是应对这一挑战的主流技术方案。其原理是通过可调电抗器与被试品电容在某一频率下实现谐振，以较小的电源容量获得所需的高电压输出。GB/T 3048.8-2025《电线电缆电性能试验方法 第8部分：交流电压试验》为电缆交流耐压试验的设备选型和程序实施提供了方法标准支撑。

2.3 标准演进中的技术细节

IEC 60060-1:2025相较前版作出多项技术修订，其中与交流试验直接相关的是操作冲击电压波形定义的调整：新标准引入“波前时间”参数，标准操作冲击波形由原有的临界时间参数修订为170/2500 μs。这一变化反映了标准体系对波形表征精细化的趋势，也要求试验电源的输出控制能力与之适配。

三、直流试验电源：缺陷诊断的标准依据与技术边界

3.1 技术定位与标准适用

直流试验电源输出方向恒定的高电压，主要应用于发电机、电动机、油浸纸绝缘电缆等设备的预防性试验。DL/T 474.2-2018《现场绝缘试验实施导则 直流高电压试验》明确其适用于变电站、发电厂现场及修理车间、试验室条件下对高压电气设备绝缘进行直流耐压试验和直流泄漏电流试验。

直流试验的独特价值在于：通过测量不同电压等级下的泄漏电流，可绘制泄漏电流—电压特性曲线，从而发现绝缘的局部缺陷、受潮及老化等劣化迹象。这种诊断能力在交流试验中往往难以直接获得。

3.2 直流高压发生技术

为在便携设备中实现高电压输出，直流高压发生器通常采用倍压整流回路或串级直流高压发生器结构。前者通过电容和二极管的网络组合逐级提升电压，后者则以多级电容柱串联叠加，以较低的变压器次级电压获得极高的直流输出。两类技术均需满足IEC 60060-2:2025及GB/T 16927.2-2013对测量系统不确定度的要求。

3.3 适用边界的重要约束

直流试验的适用性存在明确的设备类型边界。对于XLPE电缆等挤包绝缘设备，直流电场下的空间电荷积聚效应可能导致电场分布与实际交流运行工况严重偏离，不仅难以有效检出某些缺陷，甚至可能在试验过程中引入新的损伤。因此，相关标准已不推荐对XLPE电缆进行现场直流耐压试验，这一技术立场在电缆试验方法标准GB/T 3048.8-2025中亦有所体现。

四、辅助试验电源的标准定位

除一次设备的高压试验电源外，现场调试中还涉及为继电保护、断路器操作机构等二次设备供电的交直流试验电源屏。这类设备通常提供隔离、可调的交直流低压输出，其设计需满足双路供电、电压平滑调节以及完善的短路与漏电保护要求。虽然IEC 60060系列标准未直接涵盖此类低压试验电源，但其对试验安全性和结果可靠性的基本理念同样适用。

五、选型原则与标准依据

交直流试验电源的选型应遵循“试验目的决定电源类型，标准体系约束技术参数”的基本原则：

以等效性为导向的选型：当试验目的在于验证设备在实际运行电压下的绝缘强度时，应选用交流试验电源。对于大电容负载，串联谐振装置是符合标准要求且技术经济性最优的方案。电缆交流耐压试验的设备选型应参照GB/T 3048.8-2025的相关规定。

以诊断性为导向的选型：当试验目的在于检测特定类型的绝缘缺陷（如受潮、局部老化）时，直流试验电源具有交流试验难以替代的优势，尤其适用于油浸纸绝缘设备和旋转电机。实施时应遵循DL/T 474.2-2018的导则要求。

测量系统的合规性约束：无论选用何种电源，配套的测量系统均须满足IEC 60060-2:2025或GB/T 16927.2-2013对测量不确定度的规定。值得关注的是，IEC 60060-2:2025将标准雷电冲击电压波前时间的测量不确定度要求由10%调整至15%，这一变化反映了标准体系对现场测量条件现实性的考量。我国正在修订的GB/T 16927.2等同采用IEC 60060-2:2025，预计将对现行2013版标准作出相应更新。

六、结语

高压电力试验中交直流电源的选型，本质上是试验目的、被试品特性与标准约束三者的匹配问题。交流电源服务于等效模拟，其技术演进以串联谐振为代表，标准依据集中于IEC 60060-1及GB/T 16927.1对试验电压产生的一般要求；直流电源服务于缺陷诊断，其技术核心在于高压发生与泄漏电流测量，标准依据则以DL/T 474.2-2018等专项导则为主。随着IEC 60060系列标准进入第4版修订周期，测量不确定度要求和波形参数定义的更新将对试验电源的性能指标产生持续影响，试验人员需保持对标准动态的跟踪与响应。

参考文献

[1] IEC 60060-1:2025, High-voltage test techniques – Part 1: General definitions and test requirements.

[2] GB/T 16927.1-2011, 高电压试验技术 第1部分：一般定义及试验要求.

[3] IEC 60060-2:2025, High-voltage test techniques – Part 2: Measuring systems.

[4] GB/T 16927.2-2013, 高电压试验技术 第2部分：测量系统.

[5] GB/T 3048.8-2025, 电线电缆电性能试验方法 第8部分：交流电压试验.

[6] DL/T 474.2-2018, 现场绝缘试验实施导则 直流高电压试验.