高压断路器回路电阻现场测试方法探讨

2022-08-16云南电网责任有限公司昆明供电局

电力设备管理 2022年13期

云南电网责任有限公司昆明供电局李蓉杨超贺牧周帆张庆

高压断路器作为电力系统的重要电气设备，对电力系统的安全性有很大影响。高电压开关的导通电阻是决定其性能和操作性能的关键技术参数，有关国家标准及工业标准均有明确的要求。循环线路阻抗试验是检验线路性能和装置状态的一种主要手段，在型式试验、工厂试验、保护试验、线路电阻试验等方面都有必要进行检验。在实际测试中常忽略了测试的电流和周围情况，准确可靠的断路器线路的电阻测试，能为制订科学、合理的防治危险的对策。

高压断路器导电回路的DC电阻主要由导杆电阻、导电与触头接头电阻和动、静触头的电阻等组成。通常在原位使用连续压降法，在一段时间内，在被测断路器的电路电阻两端施加恒定电流。打破开关表面的氧化膜，准确测量开关的电路电阻，GD763、BL405等电源标准明确要求回路电阻测试采用不小于100A的直流压降法，工作电流的最大允许误差变化不应超过。根据欧姆定律来计算电阻值R=U/I。

1 高压断路器回路电阻现场测试方法

500kV高压断路器通常由底部操作机构、轴绝缘子和顶部灭弧装置组成，每个灭弧装置包括两个陶瓷套管，用于灭弧室和触头系统的上下电流通道。断路器的动触头由传动系统驱动，完成分合闸过程，中国电网变电站高压断路器的导电回路电阻为四级。

1.1 常规的直流压降法[1]

直流压降法是目前应用最广泛、最准确的电路电阻测试方法。其原理是，如果将大于100安培的直流电连接到被测接触器的两端一段时间，则在被测设备的接触部分会产生电压降U，将测量被测电路上的直流电流和电压降。根据欧姆定律，计算器件直流电路的电阻R=U/It，电路电阻线将通过常规的直流电压降法测量。500kV断路器由两个断点R1和R2组成，测量时断路器两侧的接地刀开关应分开，电压测试线用绝缘棒悬在断路器两侧灭弧室边缘，电流测试线应用绝缘棒悬挂在电压测试线外。

导线测试存在以下缺陷：接地刀在两侧打开时，电弧会感应出大量电流。现场测量表明，断路器法兰在每个安装位置的感应电流范围可达数百安，对测试人员的生命和安全构成重大威胁。另外，多余的感应电也是测试仪器本身的测试；由于500kV断路器位置高，试验电流大、电流线径大、重量大，现有线路与隔离轨连接困难，周边设备繁琐，危险性大[2]。

1.2 两端接地测量法

所谓“两极接地”，即在断路器两边的接地刀开关没有被切断，而接地刀的接地端被接地，从而达到对其进行维修的目的，其工作原理也是以静压降为基础的。但是，测试和连接方式却在不断地发生着改变。采用二次测试法，得到了断路器的线路阻抗。在此基础上，通过两个接地端进行回路的电阻测试，而回路的电阻值则通过两个地线的方式来进行。采用一根隔离棒将电压试验线路吊于开关的边沿，电流回路采用了一把地刀扳手，不需要额外的电流回路，并且其感生电压基本等于0。该方法解决了用直流电压降法进行电路阻抗的问题[3]，然而该线路采用了接地器和接地网的环状电阻器RD相组合。

图1 高压断路器

电压开关状态对电网的安全和稳定有着重要的作用。空气环阻是衡量开关工作状态和工作状态的一个关键参数，其好坏将直接关系到开关在负载负载额定工作时的温度和短路时的热力学稳定。从而会对开关开关的可靠、安全产生一定的不利作用。在工厂测试、型式测试以及断路器的防护测试中，百分数环阻测试项都有清楚的规定。利用断路器的回路电阻，可以对触点的磨损情况、触点状态进行评价，从而对触点的寿命进行了一定的估计。

当开关在关闭时，开启接地刀一侧即可测出高压开关的环阻，而回路的阻值则采用静电压降法进行。但按照国家有关法规，接地刀的施工需要上报公司的批准，施工程序复杂，现场检测工作效率低下。结合现场实测要求，结合高压开关的构造特性，提出了用两头接地技术进行线路检测的方案。该试验方案能很好地适应实际的要求[4]。

回路电阻是衡量开关工作状态和工作状态的一个关键技术参数，常规的测量方式必须在开关的一端开启一个接地刀，而且要在野外进行，必须等待发送者的同意才能进行。针对高压开关在野外测试中的应用，本文介绍了用两头接地技术进行线路电阻测试的测试和实验。并从其构造特性出发，对其变形进行了研究，并将其与常规实验结果进行对比。最后，通过对地电阻测试技术的分析，认为该测试方法能够充分地适应成形过程的要求。

通过野外实测，发现地漏接地器和接地线的阻值不一致，其原因是接地器的接地器与接地线的接触面是否正常。从R、R4、RI三个数值来分析，发现地漏电流与接地线的移动电阻是断路器的4000多倍。在断路器的触头接触条件下，采用传统的接线方式，其测量结果必须与设计值相近，再由这两个端子来测取电路的阻抗t。通过对5个500kV高压开关的线路进行了双端点接地试验，并对其进行了测量和分析，并对所引起的回路及线路的故障进行了分析。试验结果显示，利用双头接地技术进行环线电阻的试验，其误差达到0.001%（在工程中的规定不超过0.05%)，基本能达到工程应用的要求，断电的次数也会缩短。

回路电阻测定仪是变电所常用的一种测量方法，它是利用四线制式的电压和电流来精确地测量高低压开关电路的电路电阻。该装置采用一种高频率的功率转换开关，经过整流后将其转换成10。回路电阻试验机的内部取样电路对输入的电压进行采集，并将其内部的电流进行变换，经由A/D放大器进行放大，再由单芯片通过运算运算得出该回路的阻抗，即所谓的试验原则。S表示在高电压开关两端的压降，为高压断路器的回路电阻，uR和RR分别为回路电阻测试的内部压降和标准分流电阻为流经分流器的回路和断路器的试验电流带有高压。根据串联电路，电流相等的传统方法测量高压断路器回路电阻时，线电压和电流线按四线法连接到高压断路器的两侧。当断路器断开时，将接地刀的一侧打开，将接地刀的一侧接地，同时采用静压降法进行测量。

当断路器两端接地时，以下因素将会对回路的电阻进行测量，从而提高其对短路电阻的检测精度，而对其进行检测时，由于其对电压、电流的阻值等因素的作用，无法在标准值中引起爆炸，因此需要采用相应的方法加以解决。通常AP具有较高的输入阻抗值，仅流过R、Rx和Gen，无电流时，其压力下降为0，而AP的输入电压即为具有抵抗R和Rx作用的两个端子。高压开关在合上时，包括接地网，开关，电缆和高压开关，液体和液体都是完整的。若接地线的接线不佳，则接地线的阻值增大，则接地线的转换率减小，则接地线的转换率较低。由于工作频率信号造成的EMI会对测量的准确率产生一定的影响，而对于工作频率的干扰，则会造成一定的误差。

1.3 —端接地测量法

测量端子接地的一种方法，是将一侧的接地闸刀开关D转动（通常将接地闸刀开关在远离连杆的一侧），将接地闸刀开关留在另一侧。断路器的回路电阻值可通过单次测量获得。断开断路器一侧的接地闸刀开关和另一侧的接地闸刀开关，用绝缘棒悬空灭弧室边缘电压，采用接地刀的方式将电流线的一边用作电流环。把电线吊在试验线上，用一根绝缘杆把它吊在另外一边。该试验机解决了在试验室中使用的电感及试验设备存在的安全性隐患，并能有效地减少导线与导线之间的联接，从而使试验结果更加精确、可靠。

在大修前测试中，分别使用了常规的直流压降法、两端接地法、一端接地法等方法对500kV开关进行了现场测试。对数据进行统计分析和比较，使用相同的测试工具，采用三种不同的接线方式预测断路器的回路电阻测试。三种测试方法的测试结果均在规范规定的范围内，最大偏差小于5%，满足现场测试要求。两端接地测量方法的测试结果低于其他两种测试方法的测试结果，主要原因是测试电路中地网电路电阻并联。尽管试验的结果符合规范要求，但无法确保实际仪器的实际数据也符合规范要求，从而造成了单方向接地的计量误差。与传统的直流压降法相比，该法的测量结果和测试数据无明显变化，数据正确可靠，这种方法克服了测试人员原位混合的潜在风险。同时，现场有线连接简单，可以满足现场测试的要求。

2 影响因素及因素敏感性分析

从测试电路可以看出，测试数据包括导体电阻、固定接触面面电阻、活动接触面电阻的灵敏度分析如下。

2.1 导体电阻

导体材料、导体几何特性（包括面积、长度、形状）和导体温度等因素都是影响导体电阻的主要因素，它的DC电阻和温度之间的函数是：Ra=KR，如果材料是铜的话，从公式中可以看出，当加热的时候它的直流电阻会增加。在t1=25度时，这是一个特殊情况：当t1=25度、t2=35度时，该因子K为I.04，该变量又被加权得到。在试验期间其温度是恒定的，电阻也是比较稳定的。

2.2 固定接触面接触电阻

静止接触面的电阻器由两个部件组成，中央电阻器和表面电阻器。集中电阻器是指在导线上因导线的不同而引起的电流线路变化所引起的阻值。其主要因素为材料、连接面面积、接触压力、接触表面的污染，在使用过程中，已确定了材料、接触面面积等，并采用螺栓连接，接触压力相对稳定，试验夹压力也比较平稳。接触表面的污染也是一种渐进的，这两次的间隔时间的测定这一局部的阻值可以看作是一个常量的。

2.3 活动接触面接触电阻

有源接触面上的同心电阻器和表面电阻器，其中心电阻器比较平稳，但是其表面的电阻率是反应面的数值。由于工作面的接触压强不稳，因而产生了不稳定的数值，因此可以把整个线路的电阻与元件的触点电阻相等[5]。因此，《电力设备保护试验规程》要求对接线线路的电阻值进行检测，并对其进行了详细的研究。摩擦会使界面上的毛边增加，使界面更加的粗糙，使界面的有效接触区发生变化，这将导致其在地面上的阻力发生改变。

接触弹性因长期使用而产生的金属应力，其在不同的接触压力下会产生拉力，从而改变其表面的电阻。接触面的磨耗超出了开关的解锁量，从而使得接触面无法达到标称的压力，从而引起了表面的电阻改变。由于接触器被电弧破坏，使其在平面上的压力增大，使导电性能发生改变，从而引起了表面的电阻值的改变。由于真空不充分，接触点会受到电热的作用，从而导致接触面发生氧化，从而产生氧化层，造成了表面的电阻改变。其它一些会引起表面的污染，因此会引起表面的电阻改变。