一種GIS設(shè)備回路電阻測(cè)試方法探索與實(shí)踐

杜 鑫

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一種GIS設(shè)備回路電阻測(cè)試方法探索與實(shí)踐

杜 鑫

（中國(guó)南方電網(wǎng)公司調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司天生橋水力發(fā)電總廠，貴州興義 562400）

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS）被廣泛運(yùn)用于電力系統(tǒng)中。在設(shè)備安裝及運(yùn)行過程中，需采用直流壓降法進(jìn)行主回路電阻的測(cè)量，檢查開關(guān)、刀閘、導(dǎo)體等連接情況。本文針對(duì)如何盡可能分段測(cè)量GIS回路電阻，以及如何開展長(zhǎng)豎井出線段GIS回路電阻的測(cè)試，提出利用其他相母線作為測(cè)量回路的方法，以保證測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確的前提下，方便現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。此方法對(duì)同類型GIS的回路電阻測(cè)試具有較強(qiáng)的參考意義。

GIS；回路電阻；測(cè)量

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱GIS）以其結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積和空間體積小、運(yùn)行安全、安裝和維護(hù)工作量小、檢修周期長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于電力系統(tǒng)中。但正因?yàn)镚IS全封閉結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，導(dǎo)致部分設(shè)備缺陷無(wú)法被有效地發(fā)現(xiàn)和處理，例如母線導(dǎo)體接觸不好、斷路器觸頭拉弧時(shí)的損傷等，而這些缺陷可能導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行過程中發(fā)熱燒壞，進(jìn)而釀成事故。（DL/T 617）《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備技術(shù)條件》中規(guī)定GIS在型式試驗(yàn)、出廠試驗(yàn)、安裝后的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等個(gè)階段均要開展主回路電阻的測(cè)量工作，（Q/CSG 114002—2011）《南方電網(wǎng)公司電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中也要求定期開展GIS導(dǎo)電回路電阻測(cè)試，就是為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理GIS導(dǎo)電回路各連接部分在安裝、運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，消除事故隱患。

1 導(dǎo)電回路電阻

GIS的導(dǎo)電回路由若干導(dǎo)體組成，這些導(dǎo)體之間相互接觸連接從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電功能。典型的GIS結(jié)構(gòu)如圖1所示。開關(guān)觸頭、刀閘觸頭、設(shè)備與母線導(dǎo)體之間有接觸面和連接，GIS母線本身也是由若干段組裝連接而成的，一般都由幾十、幾百處導(dǎo)體連接，大型GIS的導(dǎo)電回路則更加復(fù)雜。

GIS導(dǎo)電回路的直流電阻不僅包括導(dǎo)體本身的直流電阻，還包括各種導(dǎo)體接觸面的接觸電阻，統(tǒng)稱為回路電阻。導(dǎo)體本身的電阻取決于導(dǎo)體材料的電阻率和幾何尺寸，同一溫度下一般不會(huì)改變；導(dǎo)體接觸面的接觸電阻則受很多因素的影響，比如接觸面的連接型式、受力情況、接觸狀況等[1]。所以，回路電阻的測(cè)試更多體現(xiàn)的是導(dǎo)體接觸面接觸電阻的變化情況。而且，從設(shè)備安裝質(zhì)量檢查以及實(shí)際運(yùn)行過程來看，也應(yīng)該更加關(guān)注導(dǎo)體各接觸面電阻的變化。

圖1 典型GIS結(jié)構(gòu)

2 試驗(yàn)方法

GIS回路電阻試驗(yàn)有直接測(cè)量和間接測(cè)量?jī)煞N方法。直接測(cè)量法使用微歐表或雙臂電橋直接在導(dǎo)體兩端進(jìn)行測(cè)量，儀器輸出的電流太小，不能有效破壞測(cè)量接觸點(diǎn)表面的氧化膜，造成較大的測(cè)量誤差，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)不推薦此種方法，間接測(cè)量法又稱直流壓降法。要求在導(dǎo)電回路中通一定的直流電流（一般不小于100A），用直流電壓表測(cè)量導(dǎo)電回路的電壓降，然后用歐姆定律計(jì)算出導(dǎo)電回路的直流電阻。通過試品的電流比較大，足以破壞接觸表面的金屬氧化膜，從而減少了測(cè)量誤差，使測(cè)得的數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確?，F(xiàn)場(chǎng)一般采用該方法，并且將直流電源發(fā)生器、測(cè)量表計(jì)、計(jì)算及顯示單元等集成在回路電阻測(cè)試儀中，方便使用。直流壓降法測(cè)試的原理圖如圖2所示[2-4]。

圖2 直流壓降法測(cè)試原理圖

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量接線時(shí)，主要利用接地開關(guān)回路進(jìn)行測(cè)量。如果接地開關(guān)對(duì)外殼的連結(jié)處有絕緣，打開接地開關(guān)的接地連接片，注入電流以及測(cè)取電壓就可進(jìn)行測(cè)量；如果接地開關(guān)對(duì)外殼的連結(jié)處沒有絕緣，就首先測(cè)量GIS外殼的電阻1，以及回路與外殼并聯(lián)后的電阻值2，然后按照=1×2/(1-2)換算得到導(dǎo)體回路電阻值。

GIS回路電阻試驗(yàn)前，應(yīng)先將開關(guān)在額定操作電壓、額定氣壓（額定油壓）的狀況下電動(dòng)分、合幾次，以使觸頭能良好的接觸，從而使測(cè)量結(jié)果能夠反映真實(shí)情況。同時(shí)，應(yīng)盡可能分段對(duì)GIS回路電阻進(jìn)行測(cè)量，并確保電壓測(cè)量線始終位于電流輸出線的內(nèi)側(cè)，且接在被測(cè)回路正確的位置上。以圖1所示開關(guān)站為例，雙母線220kV GIS某間隔回路電阻測(cè)試，間隔停電邊界為DS1、DS2拉開，ES1合上，出線套管引流線解除。接地開關(guān)對(duì)外殼的連結(jié)處有絕緣，此時(shí)合上CB、DS3、ES2、ES3，拆除ES2、ES3接地連接板，分別從ES1、ES3處注入電流，從ES1、ES2處取得電壓，如圖3所示。

圖3 直流壓降法測(cè)試GIS回路電阻

可以看出，實(shí)際測(cè)到的是CB+ES1的直流電阻。通過改變電壓、電流線的位置，可以得到各部位的回路電阻，見表1。

表1 GIS各部位回路電阻

在這種測(cè)試方式下，無(wú)法單獨(dú)測(cè)得CB、DS3的直流電阻，并且由于現(xiàn)場(chǎng)出線套管段通常較長(zhǎng)，特別是對(duì)于室內(nèi)型GIS，出線套管在室外，現(xiàn)場(chǎng)接線非常困難。同時(shí)，試驗(yàn)線過長(zhǎng)對(duì)于測(cè)試結(jié)果也會(huì)帶來影響[5-6]。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為盡可能地分段測(cè)量GIS回路電阻，同時(shí)減少工作量，介紹一種在出線套管處將A、B、C相進(jìn)行連接，通過其他相的地刀作為測(cè)試線接入口，利用其他相導(dǎo)體作為測(cè)試線的一部分進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的方法。此方法不同于利用GIS外殼作為測(cè)試載流體的回路電阻測(cè)試方法[7-8]。在以往的長(zhǎng)母線測(cè)試中，隨著GIS安裝長(zhǎng)度的增加，主回路電阻測(cè)試線長(zhǎng)度也必須相應(yīng)增加，選用一般的測(cè)試線進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)測(cè)試線中通過100A電流時(shí)，測(cè)試線的電阻消耗能量，增加了測(cè)試導(dǎo)線的損耗，不僅增加現(xiàn)場(chǎng)工作量，還一定程度上影響了測(cè)試結(jié)果[9-10]。

如圖4所示，為某分相220kV GIS接線，其出線套管段（①—④）分處室內(nèi)和室外，全長(zhǎng)超過20m，合上20526、205267、2052617，拆除20526、2052617地刀三相接地連接板的接地端，并保持與接地點(diǎn)有10mm以上的距離。進(jìn)行A相試驗(yàn)前，在出線套管處用一根紅線將A、C相短接，用一根黑線將A、B相短接，合上斷路器2052 A相。

圖4 某分相220kV GIS回路電阻測(cè)試

以出線套管段（①—④）為例，常規(guī)測(cè)試時(shí)無(wú)法單獨(dú)測(cè)量出線套管段的回路電阻，在該種接線方式下（圖5），電流回路為②（A相）至①（C相），電壓測(cè)量回路為①（A相）至④（B相），其中2052617、④（A相）至④（B相）段中由于不過電流，實(shí)際是作為測(cè)試線使用，則測(cè)試結(jié)果為A相出線套管獨(dú)立的回路電阻值。

圖5 出線套管段測(cè)試接線

通過改變電流、電壓線的位置，可以得到A相各部位的回路電阻，見表2。

可以看出，通過這種接線方式，可以逐段對(duì)GIS進(jìn)行測(cè)試，并且測(cè)試過程中，僅需在出線套管處將預(yù)先布置好的接線排在A、B、C相間進(jìn)行調(diào)換，不用從出線套管處拉電流線至開關(guān)站內(nèi)部，大大節(jié)省了工作量，還增加了測(cè)量的準(zhǔn)確度。

表2 GIS A相各部位回路電阻

4 案例分析

某220kV GIS間隔在預(yù)防性試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)20526 B相回路電阻偏大（圖4），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過歷史數(shù)據(jù)，為排除其他因素的影響，按照上述試驗(yàn)方法，對(duì)20526、出線套管、2052等各段分別進(jìn)行了多次測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 GIS B相各部位回路電阻

現(xiàn)場(chǎng)判定20526 B相回路電阻超標(biāo)，需要開蓋做進(jìn)一步檢查。開蓋過程中，在導(dǎo)體表面直接對(duì)各接觸面回路電阻進(jìn)行測(cè)量，排除了20526刀閘觸頭回路電阻超標(biāo)，發(fā)現(xiàn)2052617與20526之間的連接導(dǎo)體接觸面回路電阻偏大，該連接導(dǎo)體上用于導(dǎo)體連接的螺栓已燒傷（圖7），拆下該連接導(dǎo)體，發(fā)現(xiàn)連接面上有放電痕跡，局部有燒蝕（圖8）。

圖6 連接導(dǎo)體接觸面

圖7 螺栓燒傷1

圖8 螺栓燒傷2

圖9 接觸面放電痕跡

分析認(rèn)為，該缺陷的產(chǎn)生的原因是，由于GIS現(xiàn)場(chǎng)組裝工藝不到位，連接螺栓在設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行過程中松動(dòng)，造成導(dǎo)體接觸面接觸不良，回路電阻增大，引起導(dǎo)體接觸面發(fā)熱以及放電，加劇導(dǎo)體接觸面回路電阻的增大，惡性循環(huán)。幸運(yùn)的是，通過開展GIS回路電阻測(cè)試，成功發(fā)現(xiàn)了該隱患。該試驗(yàn)方法的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用，獨(dú)立測(cè)試GIS內(nèi)部各段的回路電阻，準(zhǔn)確判斷了設(shè)備缺陷位置，為現(xiàn)場(chǎng)處理贏得了寶貴時(shí)間。

5 結(jié)論

GIS回路電阻測(cè)試作為GIS設(shè)備安裝、運(yùn)行過程中必須開展的項(xiàng)目，對(duì)于設(shè)備的安裝質(zhì)量、運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)有重要作用。在設(shè)備運(yùn)行過程中，接觸電阻異常增大可能帶來嚴(yán)重事故[11]。

通常將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果與出廠試驗(yàn)值或歷史值進(jìn)行比較，不應(yīng)有明顯增長(zhǎng)，若發(fā)現(xiàn)異常，則應(yīng)認(rèn)真分析。因GIS現(xiàn)場(chǎng)開蓋檢修較為復(fù)雜，應(yīng)盡量逐段測(cè)試確定數(shù)據(jù)異常點(diǎn)的位置。通過將出線套管進(jìn)行短接，利用其他相作為測(cè)試線的方法進(jìn)行回路電阻測(cè)試，不僅能夠節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的人力、物力，而且能夠?qū)IS各段最小化進(jìn)行測(cè)試，準(zhǔn)確定位缺陷部位。

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Measurements Study and Practice on the Resistances in GIS Contact Circuit

Du Xin

(Tianshengqiao Ⅱ Hydropower Station of CSG Power Generation Company, Xingyi, Guizhou 562400)

The Gas Insulated Metal Enclosed Switchgear and Controlgear (GIS) is widely used in the power system, in the equipment installation and operation process, should be used in DC Voltage-Drop method of main circuit resistance measurement, to check the circuit-breaker, disconnecting-switch, the conductor connections. The as far as possible piecewise measuring circuit resistances of GIS, and how to carry out the long shaft line GIS circuit resistances test, put forward using the same interval other bus as a method of measuring circuit, ensure the test results under the premise of accurate and convenient on-site implementation, the same type of GIS in the circuit resistances test has a strong reference value.

GIS; circuit resistances; measurement

杜 鑫（1986-），男，漢族，云南羅平人，工程師，碩士研究生，主要從事電氣設(shè)備檢修及試驗(yàn)工作。