高壓斷路器智能回路電阻測(cè)試儀的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

霍鳳鳴，李媛媛，李英鋒

(1.河北省電力研究院，石家莊 050021；2.武漢理工大學(xué)，武漢 430070；3.保定市英電電力科技有限公司，河北 保定 071051)

高壓斷路器回路電阻測(cè)試是在斷路器導(dǎo)電回路施加100 A或更大的直流電流，根據(jù)產(chǎn)生的壓降計(jì)算斷路器導(dǎo)電回路直流電阻值，從而判斷斷路器導(dǎo)電回路是否存在接觸不良等隱患的方法。由于導(dǎo)電回路接觸狀況是保證斷路器安全運(yùn)行的一個(gè)重要條件，在工程交接、預(yù)防性試驗(yàn)中規(guī)定必須測(cè)量高壓斷路器的回路電阻[1]，因此，回路電阻測(cè)試儀在電力系統(tǒng)中被普遍采用。

1 傳統(tǒng)回路電阻測(cè)試儀存在的問(wèn)題

目前，國(guó)內(nèi)使用的傳統(tǒng)回路電阻測(cè)試儀均采用典型的四線制測(cè)量法，用高頻開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生大于100 A的直流測(cè)試電流[2]，施加于制造廠規(guī)定的被測(cè)體兩端，并測(cè)量電流流過(guò)被測(cè)體產(chǎn)生的壓降，采樣電路同時(shí)對(duì)電壓輸入端和內(nèi)部電流分流器電壓進(jìn)行采樣，取得的信號(hào)經(jīng)放大器放大，由A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，再經(jīng)微處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、運(yùn)算、處理，通過(guò)計(jì)算電壓值和電流值之比得出被測(cè)體的直流電阻值，由顯示器顯示出此次測(cè)量的電流和電阻值。當(dāng)電流測(cè)試回路出現(xiàn)斷線或接觸不良時(shí)，傳統(tǒng)測(cè)試儀會(huì)根據(jù)電流分流器上的電壓判斷出電流回路接觸不良或開(kāi)路。按照以上設(shè)計(jì)原理，當(dāng)測(cè)試儀電壓接線回路出現(xiàn)接觸不良或開(kāi)路時(shí)，傳統(tǒng)測(cè)試儀還會(huì)顯示一個(gè)數(shù)值的問(wèn)題。傳統(tǒng)測(cè)試儀電壓回路接觸不良或開(kāi)路有3種情況，以下分別進(jìn)行分析。

a. 測(cè)試儀電壓回路開(kāi)路，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有強(qiáng)電場(chǎng)干擾，這種情況下，由于放大器輸入的差模電壓基本為0，因此儀器顯示的測(cè)試數(shù)值接近為0，如果測(cè)試人員有足夠的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，可以判斷出是儀器電壓回路測(cè)試線異常，將儀器電壓回路測(cè)試線異常排除后，可以得出最終正確測(cè)試結(jié)果；如果測(cè)試人員沒(méi)有足夠的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，可能會(huì)誤判為測(cè)試儀出現(xiàn)問(wèn)題，中斷測(cè)試，更換或返修儀器，延誤停電時(shí)間，給測(cè)試工作帶來(lái)不必要的麻煩。

b. 測(cè)試儀電壓回路接觸不良，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有強(qiáng)電場(chǎng)干擾,大多數(shù)情況下斷路器的接線端子在長(zhǎng)期運(yùn)行后端子排外表面會(huì)產(chǎn)生氧化膜或油膜，當(dāng)傳統(tǒng)測(cè)試儀的電壓測(cè)試線鉗夾接到這樣的端子排上時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生接觸不良，即電壓測(cè)試線鉗夾本身要產(chǎn)生一定的接觸電阻(見(jiàn)圖1)，該接觸電阻值與電壓采樣回路的內(nèi)阻值基本相同時(shí)，將對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

設(shè)試品電阻為Rx,電壓采樣回路的輸入內(nèi)阻為Ri，電壓測(cè)試線鉗夾鉗接電阻為R1，儀器顯示虛假值為Ri′(假設(shè)電流采樣不受影響)。此時(shí)儀器顯示的測(cè)量虛假值Ri′=Rx·Ri/(R1+Ri)，可見(jiàn)儀器顯示虛假值Ri′<試品電阻Rx。由于R1的存在，使得電壓采樣回路的輸入內(nèi)阻Ri與測(cè)試線鉗夾鉗接電阻R1成為分壓關(guān)系，即R1分壓越多，Ri就分壓越少，儀器顯示的測(cè)量值也就越小。假如斷路器的實(shí)際電阻值已經(jīng)超出極限上限值，而測(cè)試儀顯示值又在合格范圍內(nèi)，無(wú)論試驗(yàn)人員有無(wú)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，都將導(dǎo)致誤判，這種人工無(wú)法辨別的誤判，對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行是一種嚴(yán)重威脅。

圖1 傳統(tǒng)測(cè)試儀電壓回路接觸不良示意

c. 電壓回路開(kāi)路或接觸不良(開(kāi)路時(shí)可視為接觸電阻R1無(wú)窮大)，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)有較強(qiáng)的電磁干擾(如母線帶電)，此時(shí)帶電母線通過(guò)以空氣為介質(zhì)的電容干擾測(cè)試儀的2條電壓測(cè)試線，由于干擾的作用使測(cè)試儀電壓采集線兩端出現(xiàn)差模電壓。如果干擾較大，會(huì)使測(cè)試儀顯示出比被試品電阻值大很多的數(shù)值，此時(shí)如果測(cè)試人員有足夠的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，也許能夠判斷出測(cè)試結(jié)果的異常，引起注意并最終得到正確測(cè)試結(jié)果，如果測(cè)試人員沒(méi)有足夠的經(jīng)驗(yàn)，可能會(huì)誤判為開(kāi)關(guān)回路電阻值超標(biāo)，進(jìn)而采用停電檢修的方法處理缺陷，給電力生產(chǎn)造成不必要的損失；如果干擾的強(qiáng)度不是很大，測(cè)試儀顯示值正好在斷路器的合格阻值范圍之內(nèi)，該情形與b情況產(chǎn)生的結(jié)果相同，同樣會(huì)造成誤判。

2 智能回路電阻測(cè)試儀的設(shè)計(jì)重點(diǎn)和原理

根據(jù)對(duì)以上問(wèn)題的分析，發(fā)現(xiàn)在典型四線制測(cè)量法的基礎(chǔ)上增加1個(gè)輔助的小電流恒流源，并通過(guò)繼電器接到典型四線制測(cè)量法的電壓V+、V-測(cè)試線上，打破了長(zhǎng)期以來(lái)四線制測(cè)量法不在電壓測(cè)試線上加電流的局限，成功解決了傳統(tǒng)回路電阻測(cè)試儀由于電壓線開(kāi)路或接觸不良造成的虛假數(shù)據(jù)問(wèn)題，并成功實(shí)現(xiàn)了智能化測(cè)量。智能回路電阻測(cè)試儀原理示意，見(jiàn)圖2。

測(cè)試時(shí)，先通過(guò)繼電器觸點(diǎn)將輔助恒流源接到電壓測(cè)試線的兩端，電壓測(cè)試線通過(guò)試品電阻構(gòu)成回路。當(dāng)電壓線接于斷路器端子排后，小電流恒流源若工作在恒流狀態(tài)下，則整個(gè)電壓回路的電阻比較小，電壓測(cè)試端測(cè)試的電壓值較小，此時(shí)警告提示信號(hào)不啟動(dòng)，表明電壓線鉗夾與斷路器端子排接觸良好；如果電壓線接于斷路器端子排后，小電流恒流源不能工作在恒流狀態(tài)，電壓測(cè)試端測(cè)試的電壓值很大，接近小電流恒流源的開(kāi)路電壓，則可以判斷電壓線接觸不良，此時(shí)啟動(dòng)警告提示信號(hào)，提醒測(cè)試人員處理接觸異常。之后，通過(guò)繼電器斷開(kāi)輔助的小電流恒流源，再接通大電流恒流源給試品加電測(cè)試，通過(guò)采集電壓電流的數(shù)值，計(jì)算試品電阻值。此時(shí)測(cè)出的數(shù)值一定是試品的真實(shí)電阻值，避免虛假數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。即使現(xiàn)場(chǎng)有較強(qiáng)電場(chǎng)干擾，由于電壓回路中的電阻很小，感應(yīng)到電壓測(cè)試端的電壓為共模電壓，智能回路電阻測(cè)試儀通過(guò)電容接地的方式，將這個(gè)交流共模干擾降到很低，不會(huì)對(duì)測(cè)試精度產(chǎn)生影響。小電流恒流源還可以擊穿一些較輕微的氧化膜或油膜，自動(dòng)改變接觸狀況，節(jié)省處理時(shí)間，提高測(cè)試效率。

圖2 智能回路電阻測(cè)試儀原理示意

3 智能回路電阻測(cè)試儀的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

2010年，智能回路電阻測(cè)試儀在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了應(yīng)用，共測(cè)試數(shù)據(jù)500組(每1個(gè)斷路器斷口的測(cè)試為1組測(cè)試數(shù)據(jù))，其中有42次提示“電壓回路開(kāi)路或接觸不良”，避免了虛假數(shù)據(jù)帶來(lái)的誤判，糾錯(cuò)率為8.4%，試驗(yàn)人員重新檢查接線后，測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果正常，其余均一次測(cè)試成功，測(cè)試結(jié)果符合要求，重復(fù)測(cè)試時(shí)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性符合斷路器試驗(yàn)的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)原理分析和實(shí)際應(yīng)用的檢驗(yàn)，采用改進(jìn)型四線制測(cè)量法的高壓斷路器智能回路電阻測(cè)試儀，解決了由于電壓線接觸不良產(chǎn)生的誤判、虛假數(shù)據(jù)等問(wèn)題，使測(cè)試數(shù)據(jù)更趨于穩(wěn)定可靠，避免了原理上的原因造成的測(cè)試不準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了真正的智能化測(cè)量，是今后斷路器直流電阻測(cè)試的改進(jìn)方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] DL/T 596-2006，電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程[S].

[2] JJG 1052-2009，回路電阻測(cè)試儀、直阻儀檢定規(guī)程[S].