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高壓直流測試系統

高壓直流輸電測試系統:60–800 kV 直流耐壓及洩漏測試儀,適用於高壓直流輸電工程設備

DEMIKS HVDC 測試系統可對換流變壓器、換流閥、直流套管、電纜護套、66-150 kV 電纜附件、避雷器和非交聯聚乙烯絕緣材料進行直流耐壓測試。本系統採用電壓倍增整流器拓樸結構,測量精度為讀數的 1.0% + 2 位元有效數字,直流電壓漣波低於 3%(符合 IEC 60060-1 標準)。

高壓直流測試系統

解決方案概要

  • 電壓範圍: 標準電壓範圍為60-400千伏,最高可客製化至800千伏特。
  • 拓撲結構: 電壓倍增整流器(考克羅夫特-沃爾頓)
  • 精度: ±(讀數的 1.0% + 2 位數字)
  • 漣波電壓: < 3%(符合IEC 60060-1標準)
  • 配置: 基本型/智慧型/客製化 800 千伏
  • 測試對象: 高壓直流輸電工程設備、避雷器、電纜護套、150千伏電纜附件
  • 標準: IEC 60060-1、IEC 60270、IEC 60840、IEEE 400、GB/T 16927
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為什麼高壓直流輸電專案設備和非交聯聚乙烯絕緣材料需要進行直流耐壓測試

對於高壓直流輸電專案設備-換流變壓器、換流閥、直流套管、高壓直流電纜-高壓直流耐壓試驗是理想的驗收試驗,因為這些設備在實際運作中採用的是直流供電;交流試驗無法模擬絕緣材料在線路中每天承受的介電場應力。對於避雷器、陶瓷和聚合物絕緣體、電纜護套以及150千伏電纜附件,高壓直流試驗能夠揭示交流耐壓試驗可能掩蓋的局部薄弱點,同時還能在極低的試驗功率(千伏安)下進行測試。

離岸風電場、跨境互聯線路和區域間電網鏈路依賴高壓直流輸電(HVDC)進行低損耗直流電力傳輸,傳輸距離可達數千公里,並能在再生能源輸入波動的情況下保持電網穩定。實現這些互連的換流變壓器、閥門和直流套管在其使用壽命期間均處於穩態直流運行狀態,因此其介電設計需考慮直流磁場應力——並且它們通過直流耐壓測試而非交流測試來獲得出廠驗收。一套可定製配置的測試系統能夠達到 800 kV 的電壓,與目前 500 kV 和 800 kV 高壓直流輸電方案中使用的額定電壓相符。

輸出為漣波低於 IEC 60060-1 標準 3% 的穩定直流電壓,電流可達 5 mA,適用於長距離電纜應用,測量鏈精度為讀數的 1.0% + 2 位元有效數字。高壓側採用高精度電阻分壓器;微安培級電流感測器記錄洩漏電流並將其儲存到 Excel 或 CSV 檔案中。

因此,HVDC 測試技術仍然是 HVDC 專案 FAT 的參考標準,也是非擠壓絕緣的首選診斷方法。

DEMIKS 高壓直流測試系統-基本型和智慧型配置,60–800 kV

兩種生產配置主導了絕大多數高壓直流輸電項目調試、電纜附件驗收、避雷器和研究工作量,第三種是為 500 kV 換流變壓器測試和高壓直流輸電閥室 FAT 定制的。

基本配置高壓直流測試系統

基本 — 常規驗收

  • 電壓:60–400千伏
  • 電流:0.5–5 mA
  • 觸控螢幕人機介面
  • Excel/CSV 資料匯出
  • 雙重硬體+軟體互鎖
  • 過電壓、過電流、零位啟動、緊急停止
  • 最適用場景:公用事業實驗室驗收、訓練實驗室、單電壓等級作業
智慧型配置高壓直流輸電測試系統

智能——實地研究

  • 電壓:60–800 kV(可客製化)
  • 電流:5–10 mA
  • AI接地監測模組
  • 透過光纖鏈路進行遠端控制
  • 自動故障類型記錄,用於測試後分析
  • 無人值守測試能力
  • 最適用場景:高壓直流輸電項目工廠驗收測試、現場調試、故障分析、研究

主要技術指標

參數 Basic 智能 客製化高壓直流輸電
輸出電壓範圍 60–400 kV 直流 60–600 kV 直流 高達 800 kV 直流
持續額定電流 0.5 / 1 / 5 毫安 5 / 10 毫安 根據項目規範
電壓調節 分級或連續 連續 連續
紋波電壓 < 3 % (IEC 60060-1) <3% <3%
測量精度 ±(1.0%讀數+2位數) ±(1.0%讀數+2位數) 根據項目規範
漏電流分辨率 微安級 微安級 微安級
AI接地監測器 包括 包括
遙控 可選 包括 包括
資料匯出 Excel/CSV Excel/CSV + 遠端 Excel/CSV + 遠端

需要協助將配置與您的測試對象的電壓等級和電容相符嗎?

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DEMIKS、直流測試​​變壓器和級聯電壓倍增器-效能和成本比較

選擇DEMIKS高壓直流測試系統、升壓測試變壓器或進口級聯倍壓器,主要取決於四個實際因素:電源額定功率(kVA)、測量精度、累積絕緣劣化程度、十年使用壽命末期的資本支出。下表將DEMIKS設計與標準直流測試變壓器組件以及輸出額定功率匹配的頂級模組化級聯倍壓器進行了對比。

尺寸 德米克斯高壓直流輸電 直流測試變壓器 級聯電壓倍增器
電路拓撲 電壓倍增整流器 升壓變壓器+整流器 模組化級聯倍壓器
電壓範圍 60–800 kV 定制 典型值 60–300 kV 最高可達1600–2000千伏
測量精度 ±(1.0%讀數+2位數) 典型值 ±3 – ±4 %。 ±1 – ±2 %
紋波電壓 < 3%(符合IEC 60060-1標準) 3-5%(典型值) <3%
電源千伏安需求 低(低電流直流) 大(反應交流磁化) 中等
漏電流分辨率 微安級感測器 典型毫安級 微安級
AI接地監測器 包含(智能層)
資料匯出 Excel/CSV 原生格式 手動或專有 供應商專有資訊
非交聯聚乙烯的累積損傷 低(直流電固有特性)
資本成本(相對) 1.0× 1.1–1.4 × 2.5–4.0 ×

兩個實用要點。

首先,電壓倍增整流器本質上是低電流高電壓的,因此只需要較小的電源容量(kVA)——這與直流測試變壓器對變電站電源輸入的要求恰恰相反。其次,僅以「高精度」為名而未提供公差值的精度規格為不具可比性;DEMIKS 測試鏈的校準精度為±(1.0%讀數+2個字),且證書隨設備一同提供。供應商使用「精確測試」或「低PD」等模糊措辭,而未明確說明公差,在評估方案時很容易被排除在外。

工業設備出貨前電氣安全驗證依賴直流耐壓試驗裝置,以確保其在規定的測試條件下具有介電強度。

同一測量鏈在恆定直流電壓下透過漏電流進行絕緣電阻檢查-這與擊穿式耐壓測試的診斷方法不同。對於典型的工業被測設備 (DUT),此流程首先讀取低壓絕緣電阻以確保基線完整性,然後逐漸增加電壓至額定直流耐壓;兩次讀數均隨測試記錄一起提供,以便客戶的電子產品品質團隊能夠關聯不同生產批次的絕緣劣化情況。

電纜護套、避雷器和高壓直流輸電專案應用

高壓直流輸電測試系統主要在幾種不同的應用情境中發揮作用。雖然沒有哪一種是「所有電纜驗收」——IEC 62067 標準已經禁止對 150 kV 以上的交聯聚乙烯電纜進行此類驗收——但每一種應用場景下,該設備的表現都優於任何交流替代設備。

應用程式01

1. 高壓直流輸電專案工廠驗收測試與調試

換流變壓器、換流閥和直流套管均設計用於直流運轉;其介電性能設計基於穩態直流磁場,而非工頻耐壓交流磁場。 CIGRE 技術手冊 697(VSC 高壓直流系統的測試和調試)詳細介紹了分層測試程序—工廠介電性能測試、熱循環測試、閥門測試和輸電系統測試。 DEMIKS 800 kV 客製化高壓直流測試系統根據該程序進行配置,其文件可追溯至 IEC 60060-1 和 IEC 60060-2 測量系統規格。

應用程式02

2. 電纜護套完整性(IEEE 400 / IEC 60229)

在電纜護套測試中,通常在金屬屏蔽層和外部接地之間施加直流電壓,電壓為10 kV或20 kV,取決於護套類型。 IEEE Std 400 標準規定了測試程序和合格/不合格標準;IEC 60229 標準涵蓋了惡劣環境下電纜更廣泛的絕緣和護套完整性要求。一台60 kV基本型高壓直流測試裝置可對所有中高壓電纜進行護套測試。

應用程式03

3. 符合IEC 60840標準的66–150 kV電纜附件

IEC 60840:2020 建議對 30 kV 至 150 kV 的電纜系統進行安裝後測試,測試電壓為 1.73 Uo 或 2.0 Uo。此基本標準採用交流耐壓測試,但一些國家規範增加了直流耐壓測試,用於評估護套完整性和接頭調試。使用 100 kV 絕緣連接線和基本型高壓直流 (HVDC) 單元,典型的 66 kV 接頭和終端驗收測試在額定電壓的 2 倍下運行 15 至 60 分鐘,每 5 分鐘記錄一次洩漏電流——以 1 至 2 kV/s 的速率進行受控升壓,緩慢升壓 2V的速率進行受控放電,持續至少 5 分鐘。

應用程式04

4. 突波抑制器和非交聯聚乙烯絕緣測試

金屬氧化物避雷器的特性透過直流耐受能力和參考電壓測量(U1mA)來表徵;參考電壓下的洩漏電流是診斷指標。瓷絕緣體和聚合物絕緣體、電容式互感器、紙油套管和旋轉機械絕緣體均可進行直流測試,且不會像交聯聚乙烯絕緣體那樣出現水樹枝狀缺陷。

應用程式05

5. 旋轉機械-發電機和電動機絕緣

大型發電機定子繞組和高壓牽引馬達為高壓直流輸電測試系統提供了安靜但穩定的工作負載。對槽式單元接地壁絕緣進行直流耐受性測試,可精確定位導致電力系統停電統計資料和可靠性指標的故障模式,例如水分滲入、局部放電腐蝕點和絕緣弱化。微安培級洩漏感測器是繞組診斷的理想選擇,因為交流介質損耗會掩蓋局部缺陷。對於研究絕緣老化的實驗室而言,同樣的配置也支援受控壽命測試,操作人員可以在測試中獲得穩態直流應力,而無需交流測試中的瞬態成分。

TCO框架-為什麼資料中心能夠經得起合法資料中心測試對象的考驗

節省千伏安電壓的來源。

電壓倍增整流器僅消耗被測對象的電阻漏電功率,因此 400 kV / 5 mA 的裝置只需要數千伏安的電源——這只是等效交流測試變壓器在容性負載下所需千伏安功率的一小部分。

缺陷定位。

直流耐受性測試中漏電流的增加可以精確定位局部薄弱點(例如氣隙、潮濕、分層),而交流介質損耗往往會掩蓋這些薄弱點。對於避雷器和高壓直流套管,此測試的診斷解析度足以證明其必要性。

非交聯聚乙烯材料累積損傷低。

對於瓷、聚合物和紙油絕緣材料,重複的直流測試並不會像在現代交聯聚乙烯(XLPE)材料中那樣加速老化。測試對象能夠經得起診斷過程。

足跡和運輸。

Cockcroft-Walton 拓撲結構可垂直堆疊,並裝在 40 英尺貨櫃內運輸;在變電站現場安裝比使用重型鐵交流測試變壓器快得多。
總擁有成本 (TCO) 資料來自 IEC 60060-1、IEC 60840 和 IEEE 400 測試規範。 DEMIKS 不會在沒有第一方公用事業數據的情況下發布特定項目的投資回報率 (ROI) 百分比。
TCO框架圖

IEC 60060-1、IEC 60270、IEC 60840、IEEE 400-標準符合性和 IEC 62067 邊界

所有DEMIKS高壓直流輸電測試系統均包含已發布的合規性基準。高壓測試技術本身遵循IEC 60060-1標準,測量方法參考IEC 60060-2標準,局部放電測試工作依據IEC 60270標準,電纜應用則參考IEC 60840和IEEE 400標準。

IEC 60060-1 高壓試驗技術-一般定義與試驗要求(第 4.0 版:2025 年)
IEC 60060-2 測量系統需求
IEC 60270 局部放電測量(pC,背景 < PD 振幅的 50%)
IEC 60840 :2020 電纜附件 30–150 kV 安裝後試驗 (1.73 Uo / 2.0 Uo)
IEC 60229 電纜絕緣與護套完整性測試
IEEE Std 400 屏蔽電力電纜系統的直流電壓測試
GB/T 16927 中國高壓試驗標準
ISO 9001:2015 DEMIKS 品質管理

IEC 62067 的邊界-該系統不適用於哪些情況

IEC 62067規範適用於額定電壓為150 kV(Um = 170 kV)至500 kV(Um = 550 kV)的擠壓電力電纜及配件。在這些應用中,規範要求進行交流耐壓試驗,而非直流試驗。業界普遍認同的結論是:直流電壓在交聯聚乙烯(XLPE)材料內部會導致電場分佈不均勻,在介質的微觀空隙中形成空間電荷區,加速老化絕緣層內部水樹枝的生長,並且電纜的等效壽命應力為交流應力。 IEEE 400.2規範也支持此觀點,建議使用甚低頻(VLF)電壓取代高壓直流電壓進行擠壓電纜老化診斷。

DEMIKS 高壓直流 (HVDC) 測試系統專為直流耐受測試適用的測試對象而設計和銷售,例如:高壓直流工程設備、電纜護套完整性、符合 IEC 60840 擴展測試程序的 ≤150 kV 電纜附件、避雷器、非擠壓絕緣材料以及高壓研究應用。我們不建議將該系統用於 150 kV 以上的交聯聚乙烯 (XLPE) 電纜驗收;此類測試應採用交流耐受測試,而 DEMIKS 針對擠壓電纜高壓測試的配套產品是 DEMIKS 交流諧振測試系統。雷電衝擊、開關衝擊和斬波 BIL 驗證,請參閱 DEMIKS CJDY 衝擊電壓測試系統。

投標時需要完整的IEC和IEEE合規性文件包嗎?

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採購指南-選擇公式、交貨週期、配件、校準

DEMIKS工程手冊中列出了高壓直流輸電測試系統項目的三個基本原則。測試工程師認為這些原則非常重要,因為它們既能保護測試對象,又能保障操作人員的安全。

選擇公式

電壓匹配。

發電機輸出電壓≥所需測試電壓的1.2倍。對於符合IEC 60840標準、2 Uo條件下66 kV電纜附件驗收要求的,這意味著高壓直流輸電系統額定電壓≥90 kV連續;100 kV等級是實際最低要求,並考慮了分壓器誤差。

當前匹配。

額定電流為被測物估計漏電流的 1.5 倍。長距離高壓直流電纜和大容量負載的最小基準電流為 5 mA;避雷器和乾式絕緣子的基準電流為 0.5-1 mA。

功能匹配。

標準配置可在受控環境下進行常規測試;智慧配置可在需要 AI 接地監控、遠端控制、故障記錄或無人值守測試時使用;自訂 800 kV 用於 HVDC 專案 FAT。

定價因素-無需報價即可實現透明定價

每個高壓直流輸電測試系統都根據其測試對象、運行環境以及相關規章制度進行客製化。影響最終價格的參數包括:

  • 額定電壓(標準電壓 60–400 kV 與定制電壓 800 kV)
  • 額定電流(0.5 / 1 / 5 / 10 mA)
  • 智慧等級(基礎 vs 智慧 vs 自訂)
  • 測試對象配件套裝(高壓絕緣連接模組、低阻抗接地線、專用測試夾具、均衡環、放電組、CTT水處理模組等,視情況而定)
  • 運輸方式(40英尺貨櫃,海關和貨運)
  • 現場調試支援、操作員培訓和見證式現場驗收測試
  • 校準證書範圍(證書續約需要年度校準證書)

每套系統隨附的配件

  • 高壓絕緣連接線的電壓等級應比測試額定電壓高一個等級(例如,66 kV 測試需要 100 kV 的電線)。
  • 低阻抗接地線,帶鎖定接線片(目標接地電阻≤4Ω)
  • 專用測試夾具組,用於減少高壓連接處的尖端放電
  • 均壓環或分級環用於控制高壓端的電場並防止電暈放電
  • 專用放電電阻(電壓下降後放電時間≥5分鐘)
  • 操作手冊、接線圖、FAT記錄和IEC 60060-2可追溯校準證書
  • 選購:用於 CTT 水填充電纜終端測試的去離子水處理裝置(電導率 ≤ 10 µS/cm,溫度 20–25 °C)

DEMIKS專家工程工具包

專為高壓測試工程師設計的線上運算和配置工具,以確保精確的參數和嚴格的IEC/IEEE合規性。

高壓直流測試系統常見問題解答

直流耐壓試驗機透過施加穩定的直流電壓來測試高壓設備的絕緣性能,然後測量洩漏電流以評估介電完整性。耐壓試驗機和耐壓測試裝置這兩個術語可以互換使用;在高壓電力行業中,直流耐壓測試裝置指的是包含電壓倍增整流器、分壓器、微安培表、控制和放電組件的集成機櫃。 DEMIKS 高壓直流輸電系統採用 Cockcroft-Walton 式電壓倍增整流器,可依客戶需求定制,額定電壓範圍從 60 kV 到 800 kV。

直流耐壓試驗是在固定時間內(通常為 15 至 60 分鐘)施加高於工作電壓的電壓,如果未發生閃絡,則判定設備合格。直流漏電試驗在保持電壓穩定的同時,每五分鐘記錄一次漏電流曲線;電流穩定或衰減表示絕緣良好,而電流上升或突然躍升則表示存在內部缺陷,例如氣隙、潮濕或分層。 DEMIKS 高壓直流 (HVDC) 系統透過同一電壓倍增器和微安培感測器鏈實現這兩種功能。

交流耐壓試驗在工頻下對絕緣材料進行壓力測試,模擬交流電力系統的運作應力,是交聯聚乙烯(XLPE)電纜的IEC預設測試標準。直流耐壓試驗施加穩定的直流電壓,可以在極低的測試裝置容量(kVA)下測量漏電流,檢測交流試驗可能掩蓋的局部薄弱點,並且對非交聯聚乙烯絕緣材料造成的累積損傷更小。對於高壓直流(HVDC)專案設備,例如換流變壓器和直流套管,直流耐壓試驗是唯一能夠匹配運轉應力的測試方法。

IEC 62067 標準規定,150 kV 至 500 kV 的擠出(XLPE)電纜必須進行交流耐壓測試。對現代 XLPE 電纜進行直流測試會加速水樹的生長,累積空間電荷,從而扭曲電場,並且無法反映交流運行應力。 DEMIKS 高壓直流 (HVDC) 系統專為合法的直流測試應用而設計,例如:高壓直流專案設備(換流變壓器、換流閥、直流套管)、符合 IEEE 400 和 IEC 60229 標準的電纜護套完整性測試、符合 IEC 60840 測試套件絕緣測試以及高壓直流研究。

基本配置適用於在受控實驗室中進行常規驗收測試,單電壓等級,人工操作,觸控螢幕控制,並支援匯出Excel/CSV資料。智慧型配置適用於需要AI接地監測、自動故障記錄、無人值守測試或高壓區外遠端控制的情況。我們也提供最高800 kV的客製化配置,用於高壓直流專案工廠驗收測試(FAT)和±500 kV換流變壓器測試。

應用DEMIKS選擇規則:產生器輸出電壓必須至少為所需測試電壓的1.2倍。對於符合IEC 60840標準的66 kV電纜附件驗收,測試電壓通常為1.73 Uo或2.0 Uo,其中Uo為相地電壓;100 kV連接線和額定電壓為150 kV或更高的高壓直流輸電系統可提供足夠的裕電量,並避免連接點發生電暈放電。

每個系統均配備額定電壓高於測試電壓的高壓絕緣連接線、低阻抗接地線、專用測試夾具、用於控制高壓端電場的均衡環或分級環,以及專用放電電阻。對於CTT水浸式電纜終端,需單獨提供去離子水處理裝置。現場安裝要求接地電阻低於4歐姆,並需設置清晰的安全區域以進行帶電測試。

交貨週期取決於電壓等級、額定電流和智慧等級。標準基本配置包括工廠製造、內部驗收、見證式工廠驗收測試(FAT,符合客戶規格)、海運或空運、現場安裝、現場驗收測試(SAT)和操作員培訓。配置、里程碑計畫和保固條款將在專案範圍界定階段確認-請索取根據您的電壓等級和測試對象量身定制的專案計畫。

是的。智慧配置增加了透過光纖或有線鏈路進行遠端控制的功能,一個人工智慧接地監控模組(可在接地完整性不可靠時阻止電壓升高),以及用於測試後分析的自動故障類型記錄功能。控制台可以位於高壓區域之外,這符合IEC 60060-1標準中針對高壓直流測試環境所述的安全規範。

以不超過 2 kV/s 的速率將電壓降至零,然後透過專用放電電阻將測試對象接地放電至少 5 分鐘。電纜系統和容性負載在直流耐受後會儲存大量電荷;可控放電可消除殘餘電壓風險,並保護人員和絕緣材料。操作手冊中規定了不同電壓等級和負載電容的放電時間。

配置您的DEMIKS HVDC測試系統

請告訴我們您的電壓等級、額定電流、測試物件和標準系統—我們將為您提供包含交貨時間、配件和校準範圍的配置方案。

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