高压断路器回路电阻测试数据分析及处理措施

李春松

（浏阳市株树桥水电厂 长沙市 410102）

高压断路器是电力系统中的重要电气设备，回路电阻测试是检测断路器质量和运行状态的一个重要手段。在相关的国家标准、行业标准中均有明确的规定：在断路器的型式试验、出厂试验、交接试验和预防性试验项目中，均要求按照规定的方法（直流压降法）进行测试，其目的是通过实际测量来确定断路器导电回路电阻值是否在规定的范围内以及断路器承受长期截流和短路电流的性能。对测试数据进行科学的分析，从而得出正确的测试结论与解决问题的方法，是测试工程人员的职责之一。笔者在某自来水厂的断路器测试过程中发现：某个断路器的回路电阻明显变大且同一断路器的数据多次测量数据忽高忽低，产生了数据重复性差的问题。

1 回路电阻测试方法及数据

断路器回路电阻测试，一般采用向其导电回路中注入100 A的大直流电流，通过调节电桥平衡，测试出回路电阻。真空断路器测试时，其影响数值的测试回路为：①导体部分：包括动、静导电杆；动、静触头；上、下支座；上、下引出母线；②活动接触面：动静触头间的接触面；③固定接触面：包括上、下支座与真空泡间的接触面；上、下支座与引出母线间的接触面；引出母线与测试夹钳间的接触面；测试数据应为上述导体电阻与接触面的接触电阻的总和。该自来水厂的5#真空断路器的型号ZN5-10-1000，采用宁夏银川中试公司生产的ZSHL-I型100 A回路电阻测试仪3次重复测试数据见表1。

表1 ZSHL-I型100 A回路电阻测试仪测试数据 μΩ

测试数据有如下特征：

（1）数值畸大，高达一千多微欧，远高于正常电阻。

（2）三次测试的结果相差很大，且极不稳定，数据重复性差。

（3）三相之间的测试值相差也很大。

2 测试数据重复性的概念

数据重复性是指在同一测试环境下，由同一测试人员采用同一测试方法和仪器对同一测试品做二次或以上的测试，表示测试结果的数据具有相近的特性。本案例数据不具备重复性，是一种非正常现象。

3 数据验证

（1）同一测试仪器，同一天的连续测试中，不同的断路器具有不同的但稳定的数据特征，且大部分的断路器数据稳定且正常。如47#真空断路器型号为：ZN18-10-1000，3次测试数据见表2。

（2）不同测试仪器影响因素排除。采用西安高试设备厂生产的HLD-100A型回路电阻测试仪，对上述5#真空断路器进行测试，测试数据仍是同一数据特征，只是具体数据不同。

表2 ZN18-10-1000真空断路器测试数据 μΩ

由以上两点可知，测试数据可靠，真实反映了断路器的运行状况。

4 影响因素及因素敏感性分析

由测试回路组成，可知测试数据包括三个部分之和，即导体电阻、固定接触面面电阻、活动接触面电阻的和。其敏感性分析如下。

4.1 导体电阻

导体电阻数值取决于导体材料、导体几何特征（包括面积、长度、形状）、导体的温度等因素，在材料和几何特征固定时，其数值只受温度的影响，其直流电阻与温度的关系为 （若材质为铜）：Rt2=KRt1k=（235+t2）/（235+t1）， 由式可见，其直流电阻随着温度的升高而升高，作为一个特例，当t1=25℃，t2=35℃时，系数K=1.04，这个变化量再与其权重相乘，影响很小；测试过程中温度固定，阻值也相对固定。

4.2 固定接触面接触电阻

固定接触面接触电阻包括集中电阻和表面电阻二部分电阻。集中电阻为连接体两端由于导体形状不同带来电流流线改变而产生的电阻，它只受导体形状的影响；表面电阻，为其影响因素为材质、连接面面积、接触压力、接触面的污染，由于运行中的断路器材质、连接面面积等已经确定、且为螺栓连接，接触压力相当固定，测试夹钳压力也稳定，接触面污染又是一个渐变过程，综上所述，对相隔不久的两次测量，该部分电阻可以认为是恒定量。

4.3 活动接触面接触电阻

活动接触面接触电阻同样包括集中电阻和表面电阻二部分。集中电阻相对稳定，但表面电阻反映活动面的数值，活动面接触压力可能不稳定，导致数值不稳定，可以认为：回路总电阻的变化量就等于该部分接触电阻的变化量。也正因为如此，《电力设备预防性试验规程》规定通过测量断路器的导电回路电阻来判断断路器的设备状况。下面对该部分电阻进行具体分析：

（1）触头磨损，致触头形状的变化，导致其集中电阻发生改变。

（2）触头表面磨损，导致表面凸点不断增多，表面更加粗糙，导致连接面的有效接触面积的不断改变，引起表面电阻的变化。

（3）触头弹簧由于运行时间过长，导致金属疲劳，其张力变化引起触头压力的改变，从而引起表面电阻的变化。

（4）触头表面磨损过多，超过断路器超行程值，从而使触头表面达不到额定压力，从而引起表面电阻的变化。

（5）触头被电弧烧伤，致表面凸点增多和导电性能改变，从而引起表面电阻的变化。

（6）真空度不够，触头又受电流发热影响，极可能引起触头表面氧化，形成一层氧化膜，从而引起表面电阻的变化。

（7）其它因素致表面污染，引起表面电阻的变化。

5 直流电阻数据畸大的影响

电流流过任一电流回路产生的热效应，取决于回路电阻与回路电流的大小，与回路电流的二次方以及回路电阻成正比，当断路器回路电阻增大时，在工作电流比额定电流小很多的情况下，其热效应是不会影响到断路器的正常工作的。

本案例的断路器正常工作电流仅为64.6 A，比额定电流小很多，故通过工作电流时表现正常，但这个断路器仍存在运行风险，当断路器开断短路电流时，很可能因为发热过大而引发断路器故障。

6 处理措施

综合上述分析，笔者认为：触头受表面磨损、表面氧化、电弧烧伤等表面污染的影响，触头表面品质严重劣化，为数据畸大且摇摆不定的原因之一；触头弹簧经久疲劳，超程减小致触头压力不稳，使表面有效接触面积时大时小，为数据畸大且摇摆不定的原因有以下两点：

（1）超行程调整。

合闸操作中，开关触头接触后动触头继续运动的距离为超行程（对某些结构，如对接式触头，为触头接触后产生闭合力的动触头部件继续运动的距离）。

超行程的作用是保证触头在一定程度电磨损后仍能保持一定的接触压力和可靠的电接触；在分闸时，使动触头获得一定的初始冲击动能，提高动触头的初始加速度和拉断触头熔焊点；使真空断路器在合闸时能够借助于触头弹簧力得到平滑的缓冲，减轻冲击力。

通常，真空断路器的超行程只取触头开距的15%～40%。各种真空断路器超行程各不相同，目前基本都用触头弹簧在分合闸时弹簧压缩量来表示，对于12 kV真空断路器来说，一般为（3～4）mm。而对于运行着的开关，习惯上用超行程的减小值来表示触头的磨损量，以此间接估算真空断路器的剩余电寿命，并依据超行程的减小值来确定触头接触压力是否仍在规定范围内。

当回路电阻测量值与上次值比较改变量在1.2倍以上时，可以通过调整触头弹簧的压缩量，来适当调整超行程值；超行程不能过大，否则增大操作机构的合闸功，使合闸不可靠，甚至导致真空泡漏气。也不能太小，否则不能保证适当的合闸触头压力，动热稳性能下降甚至引起重合闸弹振。调整好后，重新测量回路电阻值，如果阻值稳定，且在100 μΩ以下，则调整成功，基本可以断定断路器可以继续使用。

（2）更换真空泡或整体更换断路器。

当调整超行程后，测试数据仍不理想，表明磨损量过大，（辅以测量触头磨损量来判断），考虑更换真空泡或整体更换断路器。

1 王季梅.真空开关技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2008.

2 DL/T 596-1996.电力设备预防性试验规程[S].

3 张士成.变配电设备检修技能培训教材[M].北京：中国水利电力出版社，1997.

4 张裕生.高压开关设备检修和试验[M].北京∶中国电力出版社，2004.