高壓斷路器回路電阻現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法探討

云南電網(wǎng)責(zé)任有限公司昆明供電局 李 蓉 楊 超 賀 牧 周 帆 張 慶

高壓斷路器作為電力系統(tǒng)的重要電氣設(shè)備，對(duì)電力系統(tǒng)的安全性有很大影響。高電壓開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻是決定其性能和操作性能的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均有明確的要求。循環(huán)線路阻抗試驗(yàn)是檢驗(yàn)線路性能和裝置狀態(tài)的一種主要手段，在型式試驗(yàn)、工廠試驗(yàn)、保護(hù)試驗(yàn)、線路電阻試驗(yàn)等方面都有必要進(jìn)行檢驗(yàn)。在實(shí)際測(cè)試中常忽略了測(cè)試的電流和周圍情況，準(zhǔn)確可靠的斷路器線路的電阻測(cè)試，能為制訂科學(xué)、合理的防治危險(xiǎn)的對(duì)策。

高壓斷路器導(dǎo)電回路的DC電阻主要由導(dǎo)桿電阻、導(dǎo)電與觸頭接頭電阻和動(dòng)、靜觸頭的電阻等組成。通常在原位使用連續(xù)壓降法，在一段時(shí)間內(nèi)，在被測(cè)斷路器的電路電阻兩端施加恒定電流。打破開(kāi)關(guān)表面的氧化膜，準(zhǔn)確測(cè)量開(kāi)關(guān)的電路電阻，GD763、BL405等電源標(biāo)準(zhǔn)明確要求回路電阻測(cè)試采用不小于100A的直流壓降法，工作電流的最大允許誤差變化不應(yīng)超過(guò)。根據(jù)歐姆定律來(lái)計(jì)算電阻值R=U/I。

1 高壓斷路器回路電阻現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法

500kV高壓斷路器通常由底部操作機(jī)構(gòu)、軸絕緣子和頂部滅弧裝置組成，每個(gè)滅弧裝置包括兩個(gè)陶瓷套管，用于滅弧室和觸頭系統(tǒng)的上下電流通道。斷路器的動(dòng)觸頭由傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，完成分合閘過(guò)程，中國(guó)電網(wǎng)變電站高壓斷路器的導(dǎo)電回路電阻為四級(jí)。

1.1 常規(guī)的直流壓降法[1]

直流壓降法是目前應(yīng)用最廣泛、最準(zhǔn)確的電路電阻測(cè)試方法。其原理是，如果將大于100安培的直流電連接到被測(cè)接觸器的兩端一段時(shí)間，則在被測(cè)設(shè)備的接觸部分會(huì)產(chǎn)生電壓降U，將測(cè)量被測(cè)電路上的直流電流和電壓降。根據(jù)歐姆定律，計(jì)算器件直流電路的電阻R=U/It，電路電阻線將通過(guò)常規(guī)的直流電壓降法測(cè)量。500kV斷路器由兩個(gè)斷點(diǎn)R1和R2組成，測(cè)量時(shí)斷路器兩側(cè)的接地刀開(kāi)關(guān)應(yīng)分開(kāi)，電壓測(cè)試線用絕緣棒懸在斷路器兩側(cè)滅弧室邊緣，電流測(cè)試線應(yīng)用絕緣棒懸掛在電壓測(cè)試線外。

導(dǎo)線測(cè)試存在以下缺陷：接地刀在兩側(cè)打開(kāi)時(shí)，電弧會(huì)感應(yīng)出大量電流。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量表明，斷路器法蘭在每個(gè)安裝位置的感應(yīng)電流范圍可達(dá)數(shù)百安，對(duì)測(cè)試人員的生命和安全構(gòu)成重大威脅。另外，多余的感應(yīng)電也是測(cè)試儀器本身的測(cè)試；由于500kV斷路器位置高，試驗(yàn)電流大、電流線徑大、重量大，現(xiàn)有線路與隔離軌連接困難，周邊設(shè)備繁瑣，危險(xiǎn)性大[2]。

1.2 兩端接地測(cè)量法

所謂“兩極接地”，即在斷路器兩邊的接地刀開(kāi)關(guān)沒(méi)有被切斷，而接地刀的接地端被接地，從而達(dá)到對(duì)其進(jìn)行維修的目的，其工作原理也是以靜壓降為基礎(chǔ)的。但是，測(cè)試和連接方式卻在不斷地發(fā)生著改變。采用二次測(cè)試法，得到了斷路器的線路阻抗。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)兩個(gè)接地端進(jìn)行回路的電阻測(cè)試，而回路的電阻值則通過(guò)兩個(gè)地線的方式來(lái)進(jìn)行。采用一根隔離棒將電壓試驗(yàn)線路吊于開(kāi)關(guān)的邊沿，電流回路采用了一把地刀扳手，不需要額外的電流回路，并且其感生電壓基本等于0。該方法解決了用直流電壓降法進(jìn)行電路阻抗的問(wèn)題[3]，然而該線路采用了接地器和接地網(wǎng)的環(huán)狀電阻器RD相組合。

圖1 高壓斷路器

電壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定有著重要的作用。空氣環(huán)阻是衡量開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)和工作狀態(tài)的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，其好壞將直接關(guān)系到開(kāi)關(guān)在負(fù)載負(fù)載額定工作時(shí)的溫度和短路時(shí)的熱力學(xué)穩(wěn)定。從而會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)的可靠、安全產(chǎn)生一定的不利作用。在工廠測(cè)試、型式測(cè)試以及斷路器的防護(hù)測(cè)試中，百分?jǐn)?shù)環(huán)阻測(cè)試項(xiàng)都有清楚的規(guī)定。利用斷路器的回路電阻，可以對(duì)觸點(diǎn)的磨損情況、觸點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而對(duì)觸點(diǎn)的壽命進(jìn)行了一定的估計(jì)。

當(dāng)開(kāi)關(guān)在關(guān)閉時(shí)，開(kāi)啟接地刀一側(cè)即可測(cè)出高壓開(kāi)關(guān)的環(huán)阻，而回路的阻值則采用靜電壓降法進(jìn)行。但按照國(guó)家有關(guān)法規(guī)，接地刀的施工需要上報(bào)公司的批準(zhǔn)，施工程序復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作效率低下。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)要求，結(jié)合高壓開(kāi)關(guān)的構(gòu)造特性，提出了用兩頭接地技術(shù)進(jìn)行線路檢測(cè)的方案。該試驗(yàn)方案能很好地適應(yīng)實(shí)際的要求[4]。

回路電阻是衡量開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)和工作狀態(tài)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，常規(guī)的測(cè)量方式必須在開(kāi)關(guān)的一端開(kāi)啟一個(gè)接地刀，而且要在野外進(jìn)行，必須等待發(fā)送者的同意才能進(jìn)行。針對(duì)高壓開(kāi)關(guān)在野外測(cè)試中的應(yīng)用，本文介紹了用兩頭接地技術(shù)進(jìn)行線路電阻測(cè)試的測(cè)試和實(shí)驗(yàn)。并從其構(gòu)造特性出發(fā)，對(duì)其變形進(jìn)行了研究，并將其與常規(guī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。最后，通過(guò)對(duì)地電阻測(cè)試技術(shù)的分析，認(rèn)為該測(cè)試方法能夠充分地適應(yīng)成形過(guò)程的要求。

通過(guò)野外實(shí)測(cè)，發(fā)現(xiàn)地漏接地器和接地線的阻值不一致，其原因是接地器的接地器與接地線的接觸面是否正常。從R、R4、RI三個(gè)數(shù)值來(lái)分析，發(fā)現(xiàn)地漏電流與接地線的移動(dòng)電阻是斷路器的4000多倍。在斷路器的觸頭接觸條件下，采用傳統(tǒng)的接線方式，其測(cè)量結(jié)果必須與設(shè)計(jì)值相近，再由這兩個(gè)端子來(lái)測(cè)取電路的阻抗t。通過(guò)對(duì)5個(gè)500kV高壓開(kāi)關(guān)的線路進(jìn)行了雙端點(diǎn)接地試驗(yàn)，并對(duì)其進(jìn)行了測(cè)量和分析，并對(duì)所引起的回路及線路的故障進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果顯示，利用雙頭接地技術(shù)進(jìn)行環(huán)線電阻的試驗(yàn)，其誤差達(dá)到0.001%（在工程中的規(guī)定不超過(guò)0.05%)，基本能達(dá)到工程應(yīng)用的要求，斷電的次數(shù)也會(huì)縮短。

回路電阻測(cè)定儀是變電所常用的一種測(cè)量方法，它是利用四線制式的電壓和電流來(lái)精確地測(cè)量高低壓開(kāi)關(guān)電路的電路電阻。該裝置采用一種高頻率的功率轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，經(jīng)過(guò)整流后將其轉(zhuǎn)換成10。回路電阻試驗(yàn)機(jī)的內(nèi)部取樣電路對(duì)輸入的電壓進(jìn)行采集，并將其內(nèi)部的電流進(jìn)行變換，經(jīng)由A/D放大器進(jìn)行放大，再由單芯片通過(guò)運(yùn)算運(yùn)算得出該回路的阻抗，即所謂的試驗(yàn)原則。S表示在高電壓開(kāi)關(guān)兩端的壓降，為高壓斷路器的回路電阻，uR和RR分別為回路電阻測(cè)試的內(nèi)部壓降和標(biāo)準(zhǔn)分流電阻為流經(jīng)分流器的回路和斷路器的試驗(yàn)電流帶有高壓。根據(jù)串聯(lián)電路，電流相等的傳統(tǒng)方法測(cè)量高壓斷路器回路電阻時(shí)，線電壓和電流線按四線法連接到高壓斷路器的兩側(cè)。當(dāng)斷路器斷開(kāi)時(shí)，將接地刀的一側(cè)打開(kāi)，將接地刀的一側(cè)接地，同時(shí)采用靜壓降法進(jìn)行測(cè)量。

當(dāng)斷路器兩端接地時(shí)，以下因素將會(huì)對(duì)回路的電阻進(jìn)行測(cè)量，從而提高其對(duì)短路電阻的檢測(cè)精度，而對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，由于其對(duì)電壓、電流的阻值等因素的作用，無(wú)法在標(biāo)準(zhǔn)值中引起爆炸，因此需要采用相應(yīng)的方法加以解決。通常AP具有較高的輸入阻抗值，僅流過(guò)R、Rx和Gen，無(wú)電流時(shí)，其壓力下降為0，而AP的輸入電壓即為具有抵抗R和Rx作用的兩個(gè)端子。高壓開(kāi)關(guān)在合上時(shí)，包括接地網(wǎng)，開(kāi)關(guān)，電纜和高壓開(kāi)關(guān)，液體和液體都是完整的。若接地線的接線不佳，則接地線的阻值增大，則接地線的轉(zhuǎn)換率減小，則接地線的轉(zhuǎn)換率較低。由于工作頻率信號(hào)造成的EMI會(huì)對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確率產(chǎn)生一定的影響，而對(duì)于工作頻率的干擾，則會(huì)造成一定的誤差。

1.3 —端接地測(cè)量法

測(cè)量端子接地的一種方法，是將一側(cè)的接地閘刀開(kāi)關(guān)D轉(zhuǎn)動(dòng)（通常將接地閘刀開(kāi)關(guān)在遠(yuǎn)離連桿的一側(cè)），將接地閘刀開(kāi)關(guān)留在另一側(cè)。斷路器的回路電阻值可通過(guò)單次測(cè)量獲得。斷開(kāi)斷路器一側(cè)的接地閘刀開(kāi)關(guān)和另一側(cè)的接地閘刀開(kāi)關(guān)，用絕緣棒懸空滅弧室邊緣電壓，采用接地刀的方式將電流線的一邊用作電流環(huán)。把電線吊在試驗(yàn)線上，用一根絕緣桿把它吊在另外一邊。該試驗(yàn)機(jī)解決了在試驗(yàn)室中使用的電感及試驗(yàn)設(shè)備存在的安全性隱患，并能有效地減少導(dǎo)線與導(dǎo)線之間的聯(lián)接，從而使試驗(yàn)結(jié)果更加精確、可靠。

在大修前測(cè)試中，分別使用了常規(guī)的直流壓降法、兩端接地法、一端接地法等方法對(duì)500kV開(kāi)關(guān)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和比較，使用相同的測(cè)試工具，采用三種不同的接線方式預(yù)測(cè)斷路器的回路電阻測(cè)試。三種測(cè)試方法的測(cè)試結(jié)果均在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，最大偏差小于5%，滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試要求。兩端接地測(cè)量方法的測(cè)試結(jié)果低于其他兩種測(cè)試方法的測(cè)試結(jié)果，主要原因是測(cè)試電路中地網(wǎng)電路電阻并聯(lián)。盡管試驗(yàn)的結(jié)果符合規(guī)范要求，但無(wú)法確保實(shí)際儀器的實(shí)際數(shù)據(jù)也符合規(guī)范要求，從而造成了單方向接地的計(jì)量誤差。與傳統(tǒng)的直流壓降法相比，該法的測(cè)量結(jié)果和測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)明顯變化，數(shù)據(jù)正確可靠，這種方法克服了測(cè)試人員原位混合的潛在風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)有線連接簡(jiǎn)單，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的要求。

2 影響因素及因素敏感性分析

從測(cè)試電路可以看出，測(cè)試數(shù)據(jù)包括導(dǎo)體電阻、固定接觸面面電阻、活動(dòng)接觸面電阻的靈敏度分析如下。

2.1 導(dǎo)體電阻

導(dǎo)體材料、導(dǎo)體幾何特性（包括面積、長(zhǎng)度、形狀）和導(dǎo)體溫度等因素都是影響導(dǎo)體電阻的主要因素，它的DC電阻和溫度之間的函數(shù)是：Ra=KR，如果材料是銅的話，從公式中可以看出，當(dāng)加熱的時(shí)候它的直流電阻會(huì)增加。在t1=25度時(shí)，這是一個(gè)特殊情況：當(dāng)t1=25度、t2=35度時(shí)，該因子K為I.04，該變量又被加權(quán)得到。在試驗(yàn)期間其溫度是恒定的，電阻也是比較穩(wěn)定的。

2.2 固定接觸面接觸電阻

靜止接觸面的電阻器由兩個(gè)部件組成，中央電阻器和表面電阻器。集中電阻器是指在導(dǎo)線上因?qū)Ь€的不同而引起的電流線路變化所引起的阻值。其主要因素為材料、連接面面積、接觸壓力、接觸表面的污染，在使用過(guò)程中，已確定了材料、接觸面面積等，并采用螺栓連接，接觸壓力相對(duì)穩(wěn)定，試驗(yàn)夾壓力也比較平穩(wěn)。接觸表面的污染也是一種漸進(jìn)的，這兩次的間隔時(shí)間的測(cè)定這一局部的阻值可以看作是一個(gè)常量的。

2.3 活動(dòng)接觸面接觸電阻

有源接觸面上的同心電阻器和表面電阻器，其中心電阻器比較平穩(wěn)，但是其表面的電阻率是反應(yīng)面的數(shù)值。由于工作面的接觸壓強(qiáng)不穩(wěn)，因而產(chǎn)生了不穩(wěn)定的數(shù)值，因此可以把整個(gè)線路的電阻與元件的觸點(diǎn)電阻相等[5]。因此，《電力設(shè)備保護(hù)試驗(yàn)規(guī)程》要求對(duì)接線線路的電阻值進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的研究。摩擦?xí)菇缑嫔系拿呍黾樱菇缑娓拥拇植冢菇缑娴挠行Ы佑|區(qū)發(fā)生變化，這將導(dǎo)致其在地面上的阻力發(fā)生改變。

接觸彈性因長(zhǎng)期使用而產(chǎn)生的金屬應(yīng)力，其在不同的接觸壓力下會(huì)產(chǎn)生拉力，從而改變其表面的電阻。接觸面的磨耗超出了開(kāi)關(guān)的解鎖量，從而使得接觸面無(wú)法達(dá)到標(biāo)稱的壓力，從而引起了表面的電阻改變。由于接觸器被電弧破壞，使其在平面上的壓力增大，使導(dǎo)電性能發(fā)生改變，從而引起了表面的電阻值的改變。由于真空不充分，接觸點(diǎn)會(huì)受到電熱的作用，從而導(dǎo)致接觸面發(fā)生氧化，從而產(chǎn)生氧化層，造成了表面的電阻改變。其它一些會(huì)引起表面的污染，因此會(huì)引起表面的電阻改變。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，斷路器的回路電阻測(cè)試是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試接線非常重要。通過(guò)對(duì)斷路器回路電阻場(chǎng)測(cè)試接線方法的對(duì)比和理論分析，得出單端斷路器回路電阻場(chǎng)測(cè)試法接線簡(jiǎn)單，測(cè)試人員操作風(fēng)險(xiǎn)低，測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。