高壓斷路器回路電阻測(cè)試數(shù)據(jù)分析及處理措施

李春松

（瀏陽(yáng)市株樹橋水電廠 長(zhǎng)沙市 410102）

高壓斷路器是電力系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備，回路電阻測(cè)試是檢測(cè)斷路器質(zhì)量和運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要手段。在相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中均有明確的規(guī)定：在斷路器的型式試驗(yàn)、出廠試驗(yàn)、交接試驗(yàn)和預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目中，均要求按照規(guī)定的方法（直流壓降法）進(jìn)行測(cè)試，其目的是通過實(shí)際測(cè)量來(lái)確定斷路器導(dǎo)電回路電阻值是否在規(guī)定的范圍內(nèi)以及斷路器承受長(zhǎng)期截流和短路電流的性能。對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的分析，從而得出正確的測(cè)試結(jié)論與解決問題的方法，是測(cè)試工程人員的職責(zé)之一。筆者在某自來(lái)水廠的斷路器測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)：某個(gè)斷路器的回路電阻明顯變大且同一斷路器的數(shù)據(jù)多次測(cè)量數(shù)據(jù)忽高忽低，產(chǎn)生了數(shù)據(jù)重復(fù)性差的問題。

1 回路電阻測(cè)試方法及數(shù)據(jù)

斷路器回路電阻測(cè)試，一般采用向其導(dǎo)電回路中注入100 A的大直流電流，通過調(diào)節(jié)電橋平衡，測(cè)試出回路電阻。真空斷路器測(cè)試時(shí)，其影響數(shù)值的測(cè)試回路為：①導(dǎo)體部分：包括動(dòng)、靜導(dǎo)電桿；動(dòng)、靜觸頭；上、下支座；上、下引出母線；②活動(dòng)接觸面：動(dòng)靜觸頭間的接觸面；③固定接觸面：包括上、下支座與真空泡間的接觸面；上、下支座與引出母線間的接觸面；引出母線與測(cè)試夾鉗間的接觸面；測(cè)試數(shù)據(jù)應(yīng)為上述導(dǎo)體電阻與接觸面的接觸電阻的總和。該自來(lái)水廠的5#真空斷路器的型號(hào)ZN5-10-1000，采用寧夏銀川中試公司生產(chǎn)的ZSHL-I型100 A回路電阻測(cè)試儀3次重復(fù)測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。

表1 ZSHL-I型100 A回路電阻測(cè)試儀測(cè)試數(shù)據(jù) μΩ

測(cè)試數(shù)據(jù)有如下特征：

（1）數(shù)值畸大，高達(dá)一千多微歐，遠(yuǎn)高于正常電阻。

（2）三次測(cè)試的結(jié)果相差很大，且極不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)重復(fù)性差。

（3）三相之間的測(cè)試值相差也很大。

2 測(cè)試數(shù)據(jù)重復(fù)性的概念

數(shù)據(jù)重復(fù)性是指在同一測(cè)試環(huán)境下，由同一測(cè)試人員采用同一測(cè)試方法和儀器對(duì)同一測(cè)試品做二次或以上的測(cè)試，表示測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)具有相近的特性。本案例數(shù)據(jù)不具備重復(fù)性，是一種非正常現(xiàn)象。

3 數(shù)據(jù)驗(yàn)證

（1）同一測(cè)試儀器，同一天的連續(xù)測(cè)試中，不同的斷路器具有不同的但穩(wěn)定的數(shù)據(jù)特征，且大部分的斷路器數(shù)據(jù)穩(wěn)定且正常。如47#真空斷路器型號(hào)為：ZN18-10-1000，3次測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。

（2）不同測(cè)試儀器影響因素排除。采用西安高試設(shè)備廠生產(chǎn)的HLD-100A型回路電阻測(cè)試儀，對(duì)上述5#真空斷路器進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)仍是同一數(shù)據(jù)特征，只是具體數(shù)據(jù)不同。

表2 ZN18-10-1000真空斷路器測(cè)試數(shù)據(jù) μΩ

由以上兩點(diǎn)可知，測(cè)試數(shù)據(jù)可靠，真實(shí)反映了斷路器的運(yùn)行狀況。

4 影響因素及因素敏感性分析

由測(cè)試回路組成，可知測(cè)試數(shù)據(jù)包括三個(gè)部分之和，即導(dǎo)體電阻、固定接觸面面電阻、活動(dòng)接觸面電阻的和。其敏感性分析如下。

4.1 導(dǎo)體電阻

導(dǎo)體電阻數(shù)值取決于導(dǎo)體材料、導(dǎo)體幾何特征（包括面積、長(zhǎng)度、形狀）、導(dǎo)體的溫度等因素，在材料和幾何特征固定時(shí)，其數(shù)值只受溫度的影響，其直流電阻與溫度的關(guān)系為 （若材質(zhì)為銅）：Rt2=KRt1k=（235+t2）/（235+t1）， 由式可見，其直流電阻隨著溫度的升高而升高，作為一個(gè)特例，當(dāng)t1=25℃，t2=35℃時(shí)，系數(shù)K=1.04，這個(gè)變化量再與其權(quán)重相乘，影響很??；測(cè)試過程中溫度固定，阻值也相對(duì)固定。

4.2 固定接觸面接觸電阻

固定接觸面接觸電阻包括集中電阻和表面電阻二部分電阻。集中電阻為連接體兩端由于導(dǎo)體形狀不同帶來(lái)電流流線改變而產(chǎn)生的電阻，它只受導(dǎo)體形狀的影響；表面電阻，為其影響因素為材質(zhì)、連接面面積、接觸壓力、接觸面的污染，由于運(yùn)行中的斷路器材質(zhì)、連接面面積等已經(jīng)確定、且為螺栓連接，接觸壓力相當(dāng)固定，測(cè)試夾鉗壓力也穩(wěn)定，接觸面污染又是一個(gè)漸變過程，綜上所述，對(duì)相隔不久的兩次測(cè)量，該部分電阻可以認(rèn)為是恒定量。

4.3 活動(dòng)接觸面接觸電阻

活動(dòng)接觸面接觸電阻同樣包括集中電阻和表面電阻二部分。集中電阻相對(duì)穩(wěn)定，但表面電阻反映活動(dòng)面的數(shù)值，活動(dòng)面接觸壓力可能不穩(wěn)定，導(dǎo)致數(shù)值不穩(wěn)定，可以認(rèn)為：回路總電阻的變化量就等于該部分接觸電阻的變化量。也正因?yàn)槿绱耍峨娏υO(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定通過測(cè)量斷路器的導(dǎo)電回路電阻來(lái)判斷斷路器的設(shè)備狀況。下面對(duì)該部分電阻進(jìn)行具體分析：

（1）觸頭磨損，致觸頭形狀的變化，導(dǎo)致其集中電阻發(fā)生改變。

（2）觸頭表面磨損，導(dǎo)致表面凸點(diǎn)不斷增多，表面更加粗糙，導(dǎo)致連接面的有效接觸面積的不斷改變，引起表面電阻的變化。

（3）觸頭彈簧由于運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致金屬疲勞，其張力變化引起觸頭壓力的改變，從而引起表面電阻的變化。

（4）觸頭表面磨損過多，超過斷路器超行程值，從而使觸頭表面達(dá)不到額定壓力，從而引起表面電阻的變化。

（5）觸頭被電弧燒傷，致表面凸點(diǎn)增多和導(dǎo)電性能改變，從而引起表面電阻的變化。

（6）真空度不夠，觸頭又受電流發(fā)熱影響，極可能引起觸頭表面氧化，形成一層氧化膜，從而引起表面電阻的變化。

（7）其它因素致表面污染，引起表面電阻的變化。

5 直流電阻數(shù)據(jù)畸大的影響

電流流過任一電流回路產(chǎn)生的熱效應(yīng)，取決于回路電阻與回路電流的大小，與回路電流的二次方以及回路電阻成正比，當(dāng)斷路器回路電阻增大時(shí)，在工作電流比額定電流小很多的情況下，其熱效應(yīng)是不會(huì)影響到斷路器的正常工作的。

本案例的斷路器正常工作電流僅為64.6 A，比額定電流小很多，故通過工作電流時(shí)表現(xiàn)正常，但這個(gè)斷路器仍存在運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)斷路器開斷短路電流時(shí)，很可能因?yàn)榘l(fā)熱過大而引發(fā)斷路器故障。

6 處理措施

綜合上述分析，筆者認(rèn)為：觸頭受表面磨損、表面氧化、電弧燒傷等表面污染的影響，觸頭表面品質(zhì)嚴(yán)重劣化，為數(shù)據(jù)畸大且搖擺不定的原因之一；觸頭彈簧經(jīng)久疲勞，超程減小致觸頭壓力不穩(wěn)，使表面有效接觸面積時(shí)大時(shí)小，為數(shù)據(jù)畸大且搖擺不定的原因有以下兩點(diǎn)：

（1）超行程調(diào)整。

合閘操作中，開關(guān)觸頭接觸后動(dòng)觸頭繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的距離為超行程（對(duì)某些結(jié)構(gòu)，如對(duì)接式觸頭，為觸頭接觸后產(chǎn)生閉合力的動(dòng)觸頭部件繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的距離）。

超行程的作用是保證觸頭在一定程度電磨損后仍能保持一定的接觸壓力和可靠的電接觸；在分閘時(shí)，使動(dòng)觸頭獲得一定的初始沖擊動(dòng)能，提高動(dòng)觸頭的初始加速度和拉斷觸頭熔焊點(diǎn)；使真空斷路器在合閘時(shí)能夠借助于觸頭彈簧力得到平滑的緩沖，減輕沖擊力。

通常，真空斷路器的超行程只取觸頭開距的15%～40%。各種真空斷路器超行程各不相同，目前基本都用觸頭彈簧在分合閘時(shí)彈簧壓縮量來(lái)表示，對(duì)于12 kV真空斷路器來(lái)說(shuō)，一般為（3～4）mm。而對(duì)于運(yùn)行著的開關(guān)，習(xí)慣上用超行程的減小值來(lái)表示觸頭的磨損量，以此間接估算真空斷路器的剩余電壽命，并依據(jù)超行程的減小值來(lái)確定觸頭接觸壓力是否仍在規(guī)定范圍內(nèi)。

當(dāng)回路電阻測(cè)量值與上次值比較改變量在1.2倍以上時(shí)，可以通過調(diào)整觸頭彈簧的壓縮量，來(lái)適當(dāng)調(diào)整超行程值；超行程不能過大，否則增大操作機(jī)構(gòu)的合閘功，使合閘不可靠，甚至導(dǎo)致真空泡漏氣。也不能太小，否則不能保證適當(dāng)?shù)暮祥l觸頭壓力，動(dòng)熱穩(wěn)性能下降甚至引起重合閘彈振。調(diào)整好后，重新測(cè)量回路電阻值，如果阻值穩(wěn)定，且在100 μΩ以下，則調(diào)整成功，基本可以斷定斷路器可以繼續(xù)使用。

（2）更換真空泡或整體更換斷路器。

當(dāng)調(diào)整超行程后，測(cè)試數(shù)據(jù)仍不理想，表明磨損量過大，（輔以測(cè)量觸頭磨損量來(lái)判斷），考慮更換真空泡或整體更換斷路器。

1 王季梅.真空開關(guān)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

2 DL/T 596-1996.電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程[S].

3 張士成.變配電設(shè)備檢修技能培訓(xùn)教材[M].北京：中國(guó)水利電力出版社，1997.

4 張?jiān)Ｉ?高壓開關(guān)設(shè)備檢修和試驗(yàn)[M].北京∶中國(guó)電力出版社，2004.