高压断路器智能回路电阻测试仪的设计和应用

2011-11-15霍凤鸣李媛媛李英锋

河北电力技术 2011年5期

霍凤鸣，李媛媛，李英锋

(1.河北省电力研究院，石家庄 050021；2.武汉理工大学，武汉 430070；3.保定市英电电力科技有限公司，河北保定 071051)

高压断路器回路电阻测试是在断路器导电回路施加100 A或更大的直流电流，根据产生的压降计算断路器导电回路直流电阻值，从而判断断路器导电回路是否存在接触不良等隐患的方法。由于导电回路接触状况是保证断路器安全运行的一个重要条件，在工程交接、预防性试验中规定必须测量高压断路器的回路电阻[1]，因此，回路电阻测试仪在电力系统中被普遍采用。

1 传统回路电阻测试仪存在的问题

目前，国内使用的传统回路电阻测试仪均采用典型的四线制测量法，用高频开关电源产生大于100 A的直流测试电流[2]，施加于制造厂规定的被测体两端，并测量电流流过被测体产生的压降，采样电路同时对电压输入端和内部电流分流器电压进行采样，取得的信号经放大器放大，由A/D转换器将模拟信号转换成数字信号后，再经微处理器对数据进行滤波、运算、处理，通过计算电压值和电流值之比得出被测体的直流电阻值，由显示器显示出此次测量的电流和电阻值。当电流测试回路出现断线或接触不良时，传统测试仪会根据电流分流器上的电压判断出电流回路接触不良或开路。按照以上设计原理，当测试仪电压接线回路出现接触不良或开路时，传统测试仪还会显示一个数值的问题。传统测试仪电压回路接触不良或开路有3种情况，以下分别进行分析。

a. 测试仪电压回路开路，测试现场没有强电场干扰，这种情况下，由于放大器输入的差模电压基本为0，因此仪器显示的测试数值接近为0，如果测试人员有足够的现场测试经验，可以判断出是仪器电压回路测试线异常，将仪器电压回路测试线异常排除后，可以得出最终正确测试结果；如果测试人员没有足够的现场测试经验，可能会误判为测试仪出现问题，中断测试，更换或返修仪器，延误停电时间，给测试工作带来不必要的麻烦。

b. 测试仪电压回路接触不良，测试现场没有强电场干扰,大多数情况下断路器的接线端子在长期运行后端子排外表面会产生氧化膜或油膜，当传统测试仪的电压测试线钳夹接到这样的端子排上时可能会产生接触不良，即电压测试线钳夹本身要产生一定的接触电阻(见图1)，该接触电阻值与电压采样回路的内阻值基本相同时，将对测试结果产生严重影响。

设试品电阻为Rx,电压采样回路的输入内阻为Ri，电压测试线钳夹钳接电阻为R1，仪器显示虚假值为Ri′(假设电流采样不受影响)。此时仪器显示的测量虚假值Ri′=Rx·Ri/(R1+Ri)，可见仪器显示虚假值Ri′<试品电阻Rx。由于R1的存在，使得电压采样回路的输入内阻Ri与测试线钳夹钳接电阻R1成为分压关系，即R1分压越多，Ri就分压越少，仪器显示的测量值也就越小。假如断路器的实际电阻值已经超出极限上限值，而测试仪显示值又在合格范围内，无论试验人员有无现场测试经验，都将导致误判，这种人工无法辨别的误判，对设备的安全运行是一种严重威胁。

图1 传统测试仪电压回路接触不良示意

c. 电压回路开路或接触不良(开路时可视为接触电阻R1无穷大)，测试现场有较强的电磁干扰(如母线带电)，此时带电母线通过以空气为介质的电容干扰测试仪的2条电压测试线，由于干扰的作用使测试仪电压采集线两端出现差模电压。如果干扰较大，会使测试仪显示出比被试品电阻值大很多的数值，此时如果测试人员有足够的现场测试经验，也许能够判断出测试结果的异常，引起注意并最终得到正确测试结果，如果测试人员没有足够的经验，可能会误判为开关回路电阻值超标，进而采用停电检修的方法处理缺陷，给电力生产造成不必要的损失；如果干扰的强度不是很大，测试仪显示值正好在断路器的合格阻值范围之内，该情形与b情况产生的结果相同，同样会造成误判。

2 智能回路电阻测试仪的设计重点和原理

根据对以上问题的分析，发现在典型四线制测量法的基础上增加1个辅助的小电流恒流源，并通过继电器接到典型四线制测量法的电压V+、V-测试线上，打破了长期以来四线制测量法不在电压测试线上加电流的局限，成功解决了传统回路电阻测试仪由于电压线开路或接触不良造成的虚假数据问题，并成功实现了智能化测量。智能回路电阻测试仪原理示意，见图2。

测试时，先通过继电器触点将辅助恒流源接到电压测试线的两端，电压测试线通过试品电阻构成回路。当电压线接于断路器端子排后，小电流恒流源若工作在恒流状态下，则整个电压回路的电阻比较小，电压测试端测试的电压值较小，此时警告提示信号不启动，表明电压线钳夹与断路器端子排接触良好；如果电压线接于断路器端子排后，小电流恒流源不能工作在恒流状态，电压测试端测试的电压值很大，接近小电流恒流源的开路电压，则可以判断电压线接触不良，此时启动警告提示信号，提醒测试人员处理接触异常。之后，通过继电器断开辅助的小电流恒流源，再接通大电流恒流源给试品加电测试，通过采集电压电流的数值，计算试品电阻值。此时测出的数值一定是试品的真实电阻值，避免虚假数据的产生。即使现场有较强电场干扰，由于电压回路中的电阻很小，感应到电压测试端的电压为共模电压，智能回路电阻测试仪通过电容接地的方式，将这个交流共模干扰降到很低，不会对测试精度产生影响。小电流恒流源还可以击穿一些较轻微的氧化膜或油膜，自动改变接触状况，节省处理时间，提高测试效率。

图2 智能回路电阻测试仪原理示意

3 智能回路电阻测试仪的现场应用效果

2010年，智能回路电阻测试仪在现场进行了应用，共测试数据500组(每1个断路器断口的测试为1组测试数据)，其中有42次提示“电压回路开路或接触不良”，避免了虚假数据带来的误判，纠错率为8.4%，试验人员重新检查接线后，测试数据结果正常，其余均一次测试成功，测试结果符合要求，重复测试时，数据稳定，重复性符合断路器试验的要求。