GIS設(shè)備導(dǎo)電回路電阻分段定位測(cè)量方法的實(shí)現(xiàn)

郭春志，王雅光

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司建設(shè)管理中心，遼寧 沈陽(yáng) 110005）

GIS設(shè)備導(dǎo)電回路電阻分段定位測(cè)量方法的實(shí)現(xiàn)

郭春志，王雅光

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司建設(shè)管理中心，遼寧 沈陽(yáng) 110005）

為了確保GIS和HGIS設(shè)備的正常運(yùn)行，在其交接試驗(yàn)和例行試驗(yàn)中可以通過(guò)測(cè)量導(dǎo)電回路電阻來(lái)掌握設(shè)備內(nèi)各電氣單元之間的連接或接觸狀況?？紤]到GIS和HGIS設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)測(cè)試多個(gè)電氣連接單元的總電阻間接判斷設(shè)備的接觸狀況。為了能更具體地測(cè)量到每個(gè)電氣連接單元的電阻值，從而更清晰地分析其電氣連接狀況，以HGIS設(shè)備為例，提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)GIS或HGIS設(shè)備導(dǎo)電回路電阻分段定位測(cè)量的方法，并通過(guò)Excel軟件對(duì)某變電站獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行求解，試驗(yàn)證明計(jì)算結(jié)果直觀可信。

斷路器；回路電阻；測(cè)量方法

1 GIS設(shè)備回路電阻測(cè)試的目的

由于GIS和HGIS設(shè)備都具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、抗震性能好、維護(hù)工作量小和基本不受外界氣象因素影響等特點(diǎn)，近年來(lái)在電力行業(yè)得到十分廣泛的應(yīng)用。其中，GIS和HGIS設(shè)備導(dǎo)電回路電阻測(cè)試是電氣設(shè)備交接、大修后的必試項(xiàng)目。目的就是要掌握設(shè)備內(nèi)各電氣單元之間的連接或接觸狀況，檢驗(yàn)安裝質(zhì)量和回路的完整性［1］。如果設(shè)備的接觸電阻增大，將使接觸處的溫度升高、過(guò)熱，并會(huì)引起接觸處彈性減弱而進(jìn)一步使接觸電阻增大，最后可能導(dǎo)致導(dǎo)體燒損，影響設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行［2-3］。

2 回路電阻的測(cè)試方法及弊端

《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》［4］（GB 50150—2006）中規(guī)定：測(cè)量GIS主回路的導(dǎo)電電阻值，宜采用電流不小于100 A的直流壓降法。測(cè)試結(jié)果不應(yīng)超過(guò)產(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定值的1.2倍。

《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》［5］（DL/T 596—1996）中規(guī)定：對(duì)于GIS中的斷路器，用直流降壓法測(cè)量，電流不小于100 A，測(cè)量結(jié)果按制造廠規(guī)定。對(duì)于隔離開關(guān)，用直流降壓法測(cè)量，電流不小于 100 A，測(cè)量結(jié)果不大于制造廠規(guī)定值的1.5倍。

下面以適用于雙母線結(jié)構(gòu)的HGIS導(dǎo)電回路電阻常用測(cè)試方法及弊端加以說(shuō)明和分析。

HGIS設(shè)備外形示意圖及單相電氣結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖1、圖2所示。

圖2中，CB為斷路器。DS1、DS2、DS3分別為2組母線側(cè)和1組線路側(cè)隔離開關(guān)。ES1、ES2、ES3分別為斷路器母線側(cè)、斷路器出線側(cè)和出線接地開關(guān)。CP1、CP2、CP3分別為上述三組接地開關(guān)對(duì)設(shè)備外殼的接地連接片。T1、T2、T3分別為2組母線側(cè)套管和1組出線側(cè)套管的接線端子。

圖1 HGIS設(shè)備外形結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 HGIS設(shè)備單相電氣結(jié)構(gòu)示意圖

HGIS導(dǎo)電回路電阻主要由以下3個(gè)方面構(gòu)成：斷路器或隔離開關(guān)的觸頭接觸電阻、各連接導(dǎo)體的電阻和各導(dǎo)電部分之間固定連接的接觸電阻。

某500 kV變電站220 kV某間隔HGIS廠家給出的參考數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 廠家參考數(shù)據(jù) μΩ

表1中可以看出，廠家試驗(yàn)時(shí)是通過(guò)T1、T2、T3套管接線端子進(jìn)行分段測(cè)試。T1-T2測(cè)試結(jié)果中包括DS1、DS2的接觸電阻、相關(guān)導(dǎo)體電阻以及各部分的固定連接接觸電阻。而T1-T3和T2-T3測(cè)試結(jié)果中包括DS1（或DS2）和DS3的接觸電阻、相關(guān)導(dǎo)體電阻以及各部分的固定連接接觸電阻。這種試驗(yàn)方法存在以下弊端：

a.這種測(cè)試方法中得到的電阻值是多個(gè)電氣單元的接觸電阻、導(dǎo)線電阻以及各部分的固定連接接觸電阻的總和，由于涉及的電氣單元較多，不能確定具體電氣單元（如CB）的接觸情況。

b.測(cè)試中沒有使用E1、E2和E3端子測(cè)量，也沒有給出涉及ES1、ES2和ES3的參考電阻值，無(wú)法確定這些設(shè)備的狀態(tài)是否正常。

c.規(guī)程規(guī)范中給出的是以回路總電阻值為基準(zhǔn)的允許增長(zhǎng)量，并且允許的范圍較大（斷路器1.2倍，隔離開關(guān)1.5倍），在斷路器或隔離開關(guān)接觸電阻增大很多時(shí)，也可能因整體回路電阻未超標(biāo)而掩蓋重大隱患。

3 回路電阻分段定位測(cè)量的實(shí)現(xiàn)

3.1 電路模型的建立

將所有隔離開關(guān)、斷路器及接地開關(guān)均置于合閘位置（實(shí)際操作時(shí)應(yīng)解除有關(guān)閉鎖），斷開各接地開關(guān)與裝置外殼的接地連接片。

將設(shè)備內(nèi)每一段的接觸電阻、相關(guān)導(dǎo)線電阻以及相互固定連接接觸電阻等效為一個(gè)電阻。考慮到出線導(dǎo)管回路導(dǎo)線較長(zhǎng)，并且套管與其他部分有相互固定連接，將此段也等效為一個(gè)電阻。HGIS單相等效電路圖如圖3所示。

圖3 HGIS單相等效電路圖

3.2 數(shù)學(xué)模型的建立

圖3中，有8個(gè)未知數(shù) R1-R8，分別代表著HGIS設(shè)備內(nèi)各段的等效電阻，如果能通過(guò)分段測(cè)試計(jì)算出這些未知數(shù)的值，就意味著能夠間接得到設(shè)備內(nèi)各段的電阻。

如果在等效電路中每?jī)蓚€(gè)端子之間進(jìn)行一次電阻測(cè)試，將有如下15個(gè)等式

3.3 應(yīng)用Excel解方程并形成計(jì)算模板

對(duì)于一個(gè)線性方程組，可以寫成AX＝B的形式。其中，A為方程組的系數(shù)方陣；X為未知列向量；B為常數(shù)向量。

若系數(shù)方陣A有逆矩陣A-1，則X＝A-1B成立。系數(shù)方陣A有逆矩陣的充分必要條件是A所對(duì)應(yīng)的行列式的值不為0［6］。

上述問(wèn)題中，需要從15個(gè)等式中找出可以用來(lái)求解未知數(shù)的8個(gè)等式構(gòu)成線性方程組，并使該方程組的系數(shù)矩陣的行列式不為0。

任意從15個(gè)等式中提取8個(gè)等式，并應(yīng)用Excel“數(shù)學(xué)與三角函數(shù)”中的 “MDETERM”函數(shù)判斷系數(shù)矩陣所對(duì)應(yīng)的行列式是否為0。如果為0，則需要替換某些等式，直到系數(shù)矩陣所對(duì)應(yīng)的行列式不為 0，此時(shí)所構(gòu)成的方程組一定有唯一解。

通過(guò)試算， 由式（1）—（3）、（10）—（15）可以構(gòu)成有解方程組。此時(shí)系數(shù)矩陣所對(duì)應(yīng)的行列式的值為-8，如圖4所示。

應(yīng)用 Excel中 “數(shù)學(xué)與三角函數(shù)” 中的“MINVERSE”函數(shù)，在A11：H18內(nèi)得到方程組系數(shù)矩陣的逆矩陣A-1，如圖5所示。

在J1∶J8列填寫R12-R56，在L1∶L8列填寫R1-R8。在K1∶K8列隨意填寫一些正數(shù)值（模擬試驗(yàn)測(cè)到的數(shù)據(jù)），以便獲得計(jì)算結(jié)果。如圖 6所示。

應(yīng)用 Excel“數(shù) 學(xué) 與 三 角 函 數(shù)” 中 的“MMULT”函數(shù)，在M1∶M8列中得到R1-R8的數(shù)值。結(jié)果中負(fù)值是由隨意填寫的數(shù)值得出，并無(wú)實(shí)際意義，如填寫實(shí)際測(cè)試獲得數(shù)據(jù)，將不會(huì)有負(fù)值出現(xiàn)。如圖7所示。

將表中輸入的原始數(shù)據(jù)部分折疊，并應(yīng)用一些保護(hù)措施，即得到同類型HGIS設(shè)備回路電阻測(cè)試的通用計(jì)算模板。只要在K1：K8列輸入由現(xiàn)場(chǎng)獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，即可在M1：M8列得到R1-R8的數(shù)值。如圖8所示。

圖4 輸入系數(shù)得到行列式值

圖5 系數(shù)矩陣的逆矩陣

圖6 輸入模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖7 計(jì)算結(jié)果

圖8 固定計(jì)算模板

4 回路電阻分段定位測(cè)量方法的現(xiàn)實(shí)意義

HGIS設(shè)備生產(chǎn)廠家及運(yùn)行維護(hù)單位采用回路電阻分段定位測(cè)量方法后，可以達(dá)到以下目的。

a.可以間接得到HGIS內(nèi)部導(dǎo)電回路各部分的電阻值，結(jié)果直觀可信。

b. 將接地開關(guān)的測(cè)試納入到測(cè)試項(xiàng)目當(dāng)中，以便掌握接地開關(guān)接觸電阻的狀況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

c.將以整體回路電阻為基準(zhǔn)變?yōu)橐詥味位芈冯娮铻榛鶞?zhǔn)。按照規(guī)程規(guī)范要求，試驗(yàn)關(guān)注點(diǎn)是ΔR/∑R，而本測(cè)試方法關(guān)注的是ΔR/R，測(cè)試結(jié)果變化量成倍甚至幾倍增加，更容易引起重視，將可能被掩蓋的問(wèn)題暴露出來(lái)。

［1］劉佳鑫，魯旭臣，韋德福，等.GIS長(zhǎng)母線回路電阻測(cè)試方法研究 ［J］.東北電力技術(shù)，2015，36（5）：16-19.

［2］梁明生，220 kV組合電器主回路直流電阻增大的原因分析［J］.高壓電器，2006，42（2）：470-474.

［3］徐 鵬，秦華蔚，鄭樹青，等.抽水蓄能機(jī)組發(fā)電機(jī)斷路器回路電阻異常增大原因分析 ［J］.高壓電器，2012，48（2）：90-94.

［4］電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：GB 50150—2006［S］.

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

［6］岳秋菊，朱正平，屈宜麗，等.基于克萊姆法則的利用EX?CEL函數(shù)解線性方程組 ［J］.自動(dòng)化與儀器儀表，2014，34（10）：122-123.

Implementation on Segmented Positioning Measurement Method of Loop Resistance in GIS Equipment

GUO Chunzhi，WANG Yaguang
（Construction Management Center of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110005，China）

To guarantee both GIS equipment and HGIS equipment working normally，it is necessary to have the information of connec?tion status between one electrical unit and another in equipments by measuring the loop resistance during commission test and routine test.Considering the structural features of GIS equipment and HGIS equipment，it is usual to test the total resistance to estimate the connection status of equipment indirectly.In order to improve the test results of resistance in every electrical unit，as well as the ana?lyze for electrical connection status，A new method is advanced to achieve testing resistance in part for GIS equipment or HGIS equip?ment.Taking the case of HGIS equipment，the new method is clarified by using Excel soft.

GIS；loop resistance；measuring method

TM595

A

1004-7913（2017）03-0039-03

郭春志（1963），男，高級(jí)工程師，主要從事超高壓輸變電工程建設(shè)管理工作。

2016-12-27）