GIS设备导电回路电阻分段定位测量方法的实现

郭春志，王雅光

（国网辽宁省电力有限公司建设管理中心，辽宁 沈阳 110005）

GIS设备导电回路电阻分段定位测量方法的实现

郭春志，王雅光

（国网辽宁省电力有限公司建设管理中心，辽宁 沈阳 110005）

为了确保GIS和HGIS设备的正常运行，在其交接试验和例行试验中可以通过测量导电回路电阻来掌握设备内各电气单元之间的连接或接触状况。考虑到GIS和HGIS设备的结构特点，通过测试多个电气连接单元的总电阻间接判断设备的接触状况。为了能更具体地测量到每个电气连接单元的电阻值，从而更清晰地分析其电气连接状况，以HGIS设备为例，提出一种能够实现GIS或HGIS设备导电回路电阻分段定位测量的方法，并通过Excel软件对某变电站获得的数据进行求解，试验证明计算结果直观可信。

断路器；回路电阻；测量方法

1 GIS设备回路电阻测试的目的

由于GIS和HGIS设备都具有机构简单、占地面积小、抗震性能好、维护工作量小和基本不受外界气象因素影响等特点，近年来在电力行业得到十分广泛的应用。其中，GIS和HGIS设备导电回路电阻测试是电气设备交接、大修后的必试项目。目的就是要掌握设备内各电气单元之间的连接或接触状况，检验安装质量和回路的完整性［1］。如果设备的接触电阻增大，将使接触处的温度升高、过热，并会引起接触处弹性减弱而进一步使接触电阻增大，最后可能导致导体烧损，影响设备安全稳定运行［2-3］。

2 回路电阻的测试方法及弊端

《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》［4］（GB 50150—2006）中规定：测量GIS主回路的导电电阻值，宜采用电流不小于100 A的直流压降法。测试结果不应超过产品技术条件规定值的1.2倍。

《电力设备预防性试验规程》［5］（DL/T 596—1996）中规定：对于GIS中的断路器，用直流降压法测量，电流不小于100 A，测量结果按制造厂规定。对于隔离开关，用直流降压法测量，电流不小于 100 A，测量结果不大于制造厂规定值的1.5倍。

下面以适用于双母线结构的HGIS导电回路电阻常用测试方法及弊端加以说明和分析。

HGIS设备外形示意图及单相电气结构示意图分别如图1、图2所示。

图2中，CB为断路器。DS1、DS2、DS3分别为2组母线侧和1组线路侧隔离开关。ES1、ES2、ES3分别为断路器母线侧、断路器出线侧和出线接地开关。CP1、CP2、CP3分别为上述三组接地开关对设备外壳的接地连接片。T1、T2、T3分别为2组母线侧套管和1组出线侧套管的接线端子。

图1 HGIS设备外形结构示意图

图2 HGIS设备单相电气结构示意图

HGIS导电回路电阻主要由以下3个方面构成：断路器或隔离开关的触头接触电阻、各连接导体的电阻和各导电部分之间固定连接的接触电阻。

某500 kV变电站220 kV某间隔HGIS厂家给出的参考数据如表1所示。

表1 厂家参考数据 μΩ

表1中可以看出，厂家试验时是通过T1、T2、T3套管接线端子进行分段测试。T1-T2测试结果中包括DS1、DS2的接触电阻、相关导体电阻以及各部分的固定连接接触电阻。而T1-T3和T2-T3测试结果中包括DS1（或DS2）和DS3的接触电阻、相关导体电阻以及各部分的固定连接接触电阻。这种试验方法存在以下弊端：

a.这种测试方法中得到的电阻值是多个电气单元的接触电阻、导线电阻以及各部分的固定连接接触电阻的总和，由于涉及的电气单元较多，不能确定具体电气单元（如CB）的接触情况。

b.测试中没有使用E1、E2和E3端子测量，也没有给出涉及ES1、ES2和ES3的参考电阻值，无法确定这些设备的状态是否正常。

c.规程规范中给出的是以回路总电阻值为基准的允许增长量，并且允许的范围较大（断路器1.2倍，隔离开关1.5倍），在断路器或隔离开关接触电阻增大很多时，也可能因整体回路电阻未超标而掩盖重大隐患。

3 回路电阻分段定位测量的实现

3.1 电路模型的建立

将所有隔离开关、断路器及接地开关均置于合闸位置（实际操作时应解除有关闭锁），断开各接地开关与装置外壳的接地连接片。

将设备内每一段的接触电阻、相关导线电阻以及相互固定连接接触电阻等效为一个电阻。考虑到出线导管回路导线较长，并且套管与其他部分有相互固定连接，将此段也等效为一个电阻。HGIS单相等效电路图如图3所示。

图3 HGIS单相等效电路图

3.2 数学模型的建立

图3中，有8个未知数 R1-R8，分别代表着HGIS设备内各段的等效电阻，如果能通过分段测试计算出这些未知数的值，就意味着能够间接得到设备内各段的电阻。

如果在等效电路中每两个端子之间进行一次电阻测试，将有如下15个等式

3.3 应用Excel解方程并形成计算模板

对于一个线性方程组，可以写成AX＝B的形式。其中，A为方程组的系数方阵；X为未知列向量；B为常数向量。

若系数方阵A有逆矩阵A-1，则X＝A-1B成立。系数方阵A有逆矩阵的充分必要条件是A所对应的行列式的值不为0［6］。

上述问题中，需要从15个等式中找出可以用来求解未知数的8个等式构成线性方程组，并使该方程组的系数矩阵的行列式不为0。

任意从15个等式中提取8个等式，并应用Excel“数学与三角函数”中的 “MDETERM”函数判断系数矩阵所对应的行列式是否为0。如果为0，则需要替换某些等式，直到系数矩阵所对应的行列式不为 0，此时所构成的方程组一定有唯一解。

通过试算， 由式（1）—（3）、（10）—（15）可以构成有解方程组。此时系数矩阵所对应的行列式的值为-8，如图4所示。

应用 Excel中 “数学与三角函数” 中的“MINVERSE”函数，在A11：H18内得到方程组系数矩阵的逆矩阵A-1，如图5所示。

在J1∶J8列填写R12-R56，在L1∶L8列填写R1-R8。在K1∶K8列随意填写一些正数值（模拟试验测到的数据），以便获得计算结果。如图 6所示。

应用 Excel“数 学 与 三 角 函 数” 中 的“MMULT”函数，在M1∶M8列中得到R1-R8的数值。结果中负值是由随意填写的数值得出，并无实际意义，如填写实际测试获得数据，将不会有负值出现。如图7所示。

将表中输入的原始数据部分折叠，并应用一些保护措施，即得到同类型HGIS设备回路电阻测试的通用计算模板。只要在K1：K8列输入由现场获得的试验数据，即可在M1：M8列得到R1-R8的数值。如图8所示。

图4 输入系数得到行列式值

图5 系数矩阵的逆矩阵

图6 输入模拟试验数据

图7 计算结果

图8 固定计算模板

4 回路电阻分段定位测量方法的现实意义

HGIS设备生产厂家及运行维护单位采用回路电阻分段定位测量方法后，可以达到以下目的。

a.可以间接得到HGIS内部导电回路各部分的电阻值，结果直观可信。

b. 将接地开关的测试纳入到测试项目当中，以便掌握接地开关接触电阻的状况，发现问题及时处理。

c.将以整体回路电阻为基准变为以单段回路电阻为基准。按照规程规范要求，试验关注点是ΔR/∑R，而本测试方法关注的是ΔR/R，测试结果变化量成倍甚至几倍增加，更容易引起重视，将可能被掩盖的问题暴露出来。

［1］刘佳鑫，鲁旭臣，韦德福，等.GIS长母线回路电阻测试方法研究 ［J］.东北电力技术，2015，36（5）：16-19.

［2］梁明生，220 kV组合电器主回路直流电阻增大的原因分析［J］.高压电器，2006，42（2）：470-474.

［3］徐 鹏，秦华蔚，郑树青，等.抽水蓄能机组发电机断路器回路电阻异常增大原因分析 ［J］.高压电器，2012，48（2）：90-94.

［4］电气装置安装工程电气设备交接试验标准：GB 50150—2006［S］.

［5］电力设备预防性试验规程：DL/T 596—1996［S］.

［6］岳秋菊，朱正平，屈宜丽，等.基于克莱姆法则的利用EX⁃CEL函数解线性方程组 ［J］.自动化与仪器仪表，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，高级工程师，主要从事超高压输变电工程建设管理工作。

2016-12-27）