新型断路器回路电阻测试仪的研究

贾永斌

摘要：我国经济建设的快速发展推动我国各行业发展迅速，其中电力行业的发展尤为显著。电力系统中断路器起着切断故障电流和关合正常电流的作用，其回路电阻包括导电材料本身的电阻，固定连接电阻以及动、静触头间的接触电阻，其中，接触电阻占主要部分。回路电阻直接影响断路器通载额定工作电流时的温升以及短路状态下的动、热稳定性，关系到断路器分合闸的可靠性和安全性。

关键词：新型断路器回路;电阻测试仪

引言

科学技术的快速发展推动我国整体经济建设发展迅速的同时带动我国各行业有了新的发展机遇和发展空间。回路电阻反映了设备的工作状态，它加剧设备在运行时的损耗，也导致温度升高，是设备载流能力与短路电阻切断能力的一种体现，直接影响到开关设备分、合闸的可靠性以及运行的安全性。

1回路电阻测量原理

法拉电容又名超级电容，具有功率密度高、循环寿命长、免维护和绿色环保等优点。由于法拉电容具有电容量大、等效电阻低、内阻小、充电效率和放电效率高、线路简单、安全性高、维护成本低等特殊性，可以为回路电阻的现场检测设备分析提供基础元件。例如，测试断路器的回路电阻系统中，法拉电容的电容值参数为100F-600F，而等效内阻为0.5mΩ-3mΩ，并能够快速产生大容量的电流。由于有较小的回路等效电感存在，因此，可以在一定时间内暂时忽略感性因素带来的影响。

2回路电阻测试仪设计思路关键因素

1.额定压力值施加的准确性;真空灭弧室的动静端触头的接触电阻是指在灭弧室动端施加指定的压力，在指定的压力下，测量动端和静端之间的电阻值即为接触电阻。由于接触电阻一般为5-20μΩ，压力值的变化对接触电阻的影响很大，系统要求施加的压力范围为0-10000N，施加压力的误差≤±10N，因此，如何快速精准的施加压力便成为本系统的关键因素之一。2.电阻值测量的准确性;由于接触电阻阻值很小，最小分辨率需要达到0.01μΩ常规的测量设备精度很难满足使用要求，因此如何准确测量接触电阻便成为本系统另一个关键因素。3.力值测量的准确性;在测量接触电阻过程中，系统施加范围为0-10000N的压力，在自闭力与反力的测量过程中，系统需要测量0-300N的拉力，测量误差≤±10N，现在可获得的拉压力传感器都为对称设计，即拉压力测量范围为相同的，本系统中为满足10000N压力的测量要求，必须选用拉力测量范围也为10000N的传感器，这将导致在0-300N的范围内拉力信号为一个较小的信号，较小的信号意味着更容易受到干扰，因此，如何快速准确采集力值成为本系统第三个关键因素。

3电流测量原理

电流钳在原理上可以看成一个简单的电流变压器，它可以将流过设备的实际电流大小成比例的改变，为了产生一个能通过相应倍数比例的输出水平，交流电流探头内置特有的探头线圈架。为了能够适应不同的电流量程，在钳形线圈上的匝数需设计成整数倍。电流信号很难直接供给被仪器内部的检测芯片，需要经过电流信号向电压信号的转换后，才能被准确识别，因此IV转换电路是必须的。IV转换电路将电流信号转换为相应的电压信号，然后通过中间的程控放大芯片，将电压信号调整到合理的幅值范围，这样可以有效提高测量的精确度。A/D转换芯片是测量的核心部分，需要有较测量精度与测量速度，这样能够在有限时间内得到足够的样本数据进行数据处理计算，提高测量精度。CPU模块进行电流数据的数字量采集与计算，它通过高速通信接口与A/D转换芯片连接。为了能够保证大数据量的电流数据及时读取与运算，CPU需要使用高速的处理器芯片。

4測量方法

用标准电阻法检定回路电阻测试仪的直流电阻、直流电流示值误差时，将被检回路电阻测试仪的电流输出端和电压采样端分别与标准电阻器的电流端和电压端相接，根据被检测试仪而选择标准电阻器的额定电流100A，比率C置于×1，比率B置于×1，比率A置于×1000，并调节标准电阻器的步进盘输出电阻至检定点相应的电阻值。接通被检测试仪的测试开关，当被检测试仪的工作电流稳定后，分别读取被检测试仪的直流电阻值和标准器上的直流电流值。

5回路电阻测试效率低的原因

1.测试仪接线钳数量多，现场操作时需仪器测试接线钳数量多（4个），易造成接线钳接触不良、误碰松动，首测成功率很低，需反复测试，影响工作效率。2测试连接线笨重现有回路电阻测试仪连接线平均质量为5.3kg（仅统计电流连接线），反复测试时，工作强度较大。

6电压测量原理

采集的电压信号一般幅值较高，所以不能直接送给仪器内部芯片。因此需要经过一级高精度的分压转换，将信号成比例的缩小至合理的幅值范围供给后级测量电路。程控放大电路负责将幅值缩小后的电压信号进行比例放大供给后级A/D转换芯片，以适应不同的现场测试电压，提高测量精度。电压信号的测量部分与电流信号的测量部分是互相独立隔离的，因此电压信号测量部分需要使用单独的A/D芯片进行信号转换。电磁隔离部分保证了电压测量电路部分与控制CPU模块能够完全隔离，保证测量安全。电压测量部分可以与电流测量部分共用CPU测量模块，这样可以节约电路资源，同时保证测量信号的同步性，利于提高计算精度。采集的电流信号与电压信号经仪器处理后，可以得出带电状态下回路电阻的实际大小，无需断电，使用方便。另外，通过回路电阻的实际工作电流越大，电压差越大，测量越精确。这对于供电密度高、负荷集中、低压设备负荷较重的区域有着很重要的意义。

7准确施加压力

系统中压力精度要求为±10N，同时，为满足生产线的节拍要求，压力施加过程的时间也有相应的要求。在现存的仪器中，PID控制得到了广泛的应用，PID是比例、积分、微分的缩写。比例调节作用是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。积分调节作用是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强，Ti越大，则积分作用弱。加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。微分调节作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势。因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成PD或PID控制器。

结语

回路电阻测试仪就真空灭弧室测试过程中压力施加、接触电阻测量、自闭力测量以及反力测量等关键因素进行了针对性攻关设计，解决了传统测试方法存在的瓶颈问题，实现了高质量、高效率的测试工艺。

参考文献

[1]齐向东，叶建铸，刘春涛，谭华安，罗新，彭浩.基于新型供电方式的回路电阻测量技术研究.电子测试，2017（11X）：24-25.

[2]袁创业，魏东亮，刘珂.新型断路器回路电阻测试仪的研究[J].中国新技术新产品，2020（01）：24-26

[3]张雨，苏玉玲.三极法与钳表法在接地电阻测量中的对比分析研究[J].仪器仪表用户，2019，26（12）：1-3+20.