开关柜手车开关电阻测量专用工具设计与实施

张智宇 杨迪 王森 刘新宇 白树君

摘要：目前公司配置的直流电阻测试仪是一种外夹式接线装置，在试验过程中将其夹于开关柜手车开关梅花触头外围，梅花触头外围有弹簧抱箍，为了避免弹簧抱箍流过电流而发热，影响弹簧强度，线夹在梅花触头外围接触面积较小。现有直流电阻测试仪线夹不仅会影响直流电阻测试结果，还会影响手车开关的弹簧抱箍强度，造成后期运行时接触部位发热。针对此问题，设计了开关柜手车开关电阻测量专用工具，并从主回路电阻检测原理、直流电阻测试仪接线、辅助工具实施方案、辅助工具实施效果四个方面对该设计进行了详细介绍。

关键词：开关柜;手车开关;电阻测量

0    引言

在变电站开关柜手车开关交接试验和预防性试验中需要准确测量回路的电阻值，而中置式开关柜中手车开关多采用梅花型触头，该触头外围设有多个弹簧抱箍，目的是使手车开关的动、静触头紧密接触，保证回路中接触电阻值在要求范围内。针对手车式开关直流电阻测试过程中，常规直流电阻测试仪线夹夹在弹簧上时会造成弹簧发热，且线夹夹子太大，不能很好地与被测设备接触，会影响测试结果的问题，通过考察有关厂家，并与厂家技术部门协调配合，设计出了一种改良的测试线夹：将常规的外夹式线夹改良为内张式线夹，通过这种设计使线夹能撑开与触头内径紧密接触，有效降低了因线夹与触头接触不良造成的测试误差，测试完成后能通过把手快速安全拔出测试线夹，不会对手车开关触头造成损伤。

1    主回路电阻检测原理

手车开关主回路电阻检测为小电阻检测，电阻阻值相当小，可达到微欧姆数量级，本来就不容易测量，再加上环境温度的影响，会造成所测电阻随着温度增加而偏高，因此不能用一般的伏安法测电阻。为了达到测量小电阻的目的，采用四端子的引线方式，又称为“四线制”。公司配置的直流电阻测试仪为“四线制”，下面着重介绍“四线制”工作原理。

“四线制”，顾名思义，测试仪器与手车开关之间有四根线，分别是两根电流线、两根电压线。假设这四根线电阻分别为R1、R2、R3、R4，如图1所示，四线制的测量电路由恒流源I、已知电阻R5、电压表U1、电压表U2、手车开关电阻R6组成。

由图1可知，回路中的电流测量回路如图中虚线1所示，I=U1/R5，回路中的电压测量回路如图中虚线2所示，电压表U2的输入阻抗高，因此其回路电流可以忽略不计，U=U2。所以，根据欧姆定律手车开关电阻为：

R6=U/I=U2R5/U1

式中，R5为已知值;U1、U2为仪表所示示数。

从计算公式可知测试线路电阻对手车开关直流电阻无影响，所以四线制用于测量小电阻准确率高。

2    直流电阻测试仪接线及使用注意事项

直流电阻测量原理为大电流、低电压试验，具有一定触电危险性，试验过程中，应两人进行，一人操作，一人监护。直流电阻测试前，应对手车开关进行处理，拉开开关柜保护室储能空开、控制空开，将航空插头拔下，将手车开关拉至检修位置，对被试设备进行放电，检查确认被试设备处于合闸状态，清除被试设备梅花触头接线端子接触面金属氧化层，操作人进行试验并检查，监护人再次检查确认试验接线。试验过程中应记录好数据并与试验设备保持安全距离。

图2为直流电阻测量接线示意图，将电流线一端接到测试仪器对应的I+、I-接线端子上，电压线一端接到测试仪器V+、V-接线端子，两把夹钳分别夹在手车开关同一相的上下两个梅花触头上。

正确使用测试仪，防止人身伤害及仪器损坏，需注意以下两点：

（1）本测试仪器利用大电流进行电阻测试，因此测试过程中不允许测试回路开路，例如手车开关在分闸状态、测试接线开路。

（2）接线过程中，禁止将线夹夹在梅花触头的弹簧抱箍上，以防烧坏弹簧。

3    辅助工具实施方案

基于上述对主回路电阻检测原理及直流电阻测试仪接线的分析，对测试仪器进行改进。在手车开关直流电阻测试时，常规直流电阻测试仪主要表现出钳式电气测试线夹开距较小，难以夹紧梅花触头，容易造成两者接触不良、测试不准确，并且线夹通电发热容易损伤抱箍触头的弹簧，致使弹簧老化受损、弹力下降等缺陷。通过考察有关厂家，并与厂家技术部门协调联系，设计出了一种改良的测试线夹辅助工具，将常规的外夹式线夹改良为内张式线夹，这种设计能使线夹撑开，与触头内径紧密接触，有效降低了因线夹与触头接触不良造成的测试误差;测试完成后能通过把手快速安全拔出测试线夹，不会對断路器触头造成损伤。

为实现上述目的，本文采取如图3所示实施方案，内置式电气测试线夹主要由五部分组成：1—线夹触头，采用齿式结构，能与梅花型触头良好接触;2—剪式线夹机构，可以较好地卡在梅花型触头内壁进行测试;3—弹簧，为剪式线夹机构提供适度的张力;4—绝缘护套，为测试线夹把手提供良好的绝缘;5—电压、电流导线，用于连接测试线夹和测试仪器，采集回路电压、电流信号。

该辅助工具采用剪式线夹机构作用于梅花型触头内壁，其尺寸需根据梅花型触头的尺寸进行合理选择。弹簧弹力大小需要根据剪式线夹机构尺寸、梅花型触头的尺寸等因素进行折中选择，以保证其可以与梅花型触头良好接触，而又不至于因张力过大损伤触头。内置式电气测试线夹的前端采用弧形波纹状结构，以提升与梅花型触头的接触效果。线夹把手处采用绝缘性能良好的塑料材料，保证试验人员在操作过程中的安全性。

4    辅助工具实施效果

利用公司春秋检修期间对所辖变电站高压室内35 kV及10 kV开关柜手车开关进行直流回路电阻测试，并分别用外夹式线夹和内张式线夹进行测量，表1为10 kV开关柜手车开关第一次测试数据，表2为35 kV开关柜手车开关第一次测试数据。

通常利用外夹式测试线夹，需要多次测量，多次打磨氧化层，多次更换测量位置，直到数值在标准值范围内。从表1和表2可知，内张式线夹测试过程中一次测量就在标准值范围内，无需打磨重新测量。

2019年3月至2020年3月，在公司管辖变电站内广泛使用内张式线夹进行直流回路电阻测试，节约了大量人力、物力，节省了各项支出，经济效益明显。对开关柜手车开关回路电阻测试线夹的改造，大大减小了10～35 kV小车开关回路电阻的测试误差，减少了开关停电次数，为居民可靠用电提供了保证，带来了一定的社会效益。应用本装置提高了检修效率及供电稳定性，确保了电气设备的安全稳定运行，为公司安全生产打下了良好的基础。

5    结语

实际试验表明：该辅助工具测试线夹，可以卡在梅花型触头内壁上进行测试，两者接触良好，并且不会伤及触头弹簧，减少了断路器维护费用。该装置结构简单、功能实用，可以有效减少操作时间，提高工作效率。

[1] 丰坤.小电阻精确测量系统设计[D].淄博：山东理工大学，2010.

[2] 李维波，毛承雄，李启炎，等.大型电力设备直流电阻智能化测试仪的研究[J].计量与测试技术，2001，28（5）：22-23.

[3] 杜丹丹.直流电阻测试仪的设计与实现[D].保定：河北大学，2013.

收稿日期：2020-03-30

作者简介：张智宇（1989—），男，山东济宁人，工程师，研究方向：变电检修。