高壓斷路器回路電阻測試數據分析及處理措施

李春松

（瀏陽市株樹橋水電廠 長沙市 410102）

高壓斷路器是電力系統中的重要電氣設備，回路電阻測試是檢測斷路器質量和運行狀態的一個重要手段。在相關的國家標準、行業標準中均有明確的規定：在斷路器的型式試驗、出廠試驗、交接試驗和預防性試驗項目中，均要求按照規定的方法（直流壓降法）進行測試，其目的是通過實際測量來確定斷路器導電回路電阻值是否在規定的范圍內以及斷路器承受長期截流和短路電流的性能。對測試數據進行科學的分析，從而得出正確的測試結論與解決問題的方法，是測試工程人員的職責之一。筆者在某自來水廠的斷路器測試過程中發現：某個斷路器的回路電阻明顯變大且同一斷路器的數據多次測量數據忽高忽低，產生了數據重復性差的問題。

1 回路電阻測試方法及數據

斷路器回路電阻測試，一般采用向其導電回路中注入100 A的大直流電流，通過調節電橋平衡，測試出回路電阻。真空斷路器測試時，其影響數值的測試回路為：①導體部分：包括動、靜導電桿；動、靜觸頭；上、下支座；上、下引出母線；②活動接觸面：動靜觸頭間的接觸面；③固定接觸面：包括上、下支座與真空泡間的接觸面；上、下支座與引出母線間的接觸面；引出母線與測試夾鉗間的接觸面；測試數據應為上述導體電阻與接觸面的接觸電阻的總和。該自來水廠的5#真空斷路器的型號ZN5-10-1000，采用寧夏銀川中試公司生產的ZSHL-I型100 A回路電阻測試儀3次重復測試數據見表1。

表1 ZSHL-I型100 A回路電阻測試儀測試數據 μΩ

測試數據有如下特征：

（1）數值畸大，高達一千多微歐，遠高于正常電阻。

（2）三次測試的結果相差很大，且極不穩定，數據重復性差。

（3）三相之間的測試值相差也很大。

2 測試數據重復性的概念

數據重復性是指在同一測試環境下，由同一測試人員采用同一測試方法和儀器對同一測試品做二次或以上的測試，表示測試結果的數據具有相近的特性。本案例數據不具備重復性，是一種非正常現象。

3 數據驗證

（1）同一測試儀器，同一天的連續測試中，不同的斷路器具有不同的但穩定的數據特征，且大部分的斷路器數據穩定且正常。如47#真空斷路器型號為：ZN18-10-1000，3次測試數據見表2。

（2）不同測試儀器影響因素排除。采用西安高試設備廠生產的HLD-100A型回路電阻測試儀，對上述5#真空斷路器進行測試，測試數據仍是同一數據特征，只是具體數據不同。

表2 ZN18-10-1000真空斷路器測試數據 μΩ

由以上兩點可知，測試數據可靠，真實反映了斷路器的運行狀況。

4 影響因素及因素敏感性分析

由測試回路組成，可知測試數據包括三個部分之和，即導體電阻、固定接觸面面電阻、活動接觸面電阻的和。其敏感性分析如下。

4.1 導體電阻

導體電阻數值取決于導體材料、導體幾何特征（包括面積、長度、形狀）、導體的溫度等因素，在材料和幾何特征固定時，其數值只受溫度的影響，其直流電阻與溫度的關系為 （若材質為銅）：Rt2=KRt1k=（235+t2）/（235+t1）， 由式可見，其直流電阻隨著溫度的升高而升高，作為一個特例，當t1=25℃，t2=35℃時，系數K=1.04，這個變化量再與其權重相乘，影響很小；測試過程中溫度固定，阻值也相對固定。

4.2 固定接觸面接觸電阻

固定接觸面接觸電阻包括集中電阻和表面電阻二部分電阻。集中電阻為連接體兩端由于導體形狀不同帶來電流流線改變而產生的電阻，它只受導體形狀的影響；表面電阻，為其影響因素為材質、連接面面積、接觸壓力、接觸面的污染，由于運行中的斷路器材質、連接面面積等已經確定、且為螺栓連接，接觸壓力相當固定，測試夾鉗壓力也穩定，接觸面污染又是一個漸變過程，綜上所述，對相隔不久的兩次測量，該部分電阻可以認為是恒定量。

4.3 活動接觸面接觸電阻

活動接觸面接觸電阻同樣包括集中電阻和表面電阻二部分。集中電阻相對穩定，但表面電阻反映活動面的數值，活動面接觸壓力可能不穩定，導致數值不穩定，可以認為：回路總電阻的變化量就等于該部分接觸電阻的變化量。也正因為如此，《電力設備預防性試驗規程》規定通過測量斷路器的導電回路電阻來判斷斷路器的設備狀況。下面對該部分電阻進行具體分析：

（1）觸頭磨損，致觸頭形狀的變化，導致其集中電阻發生改變。

（2）觸頭表面磨損，導致表面凸點不斷增多，表面更加粗糙，導致連接面的有效接觸面積的不斷改變，引起表面電阻的變化。

（3）觸頭彈簧由于運行時間過長，導致金屬疲勞，其張力變化引起觸頭壓力的改變，從而引起表面電阻的變化。

（4）觸頭表面磨損過多，超過斷路器超行程值，從而使觸頭表面達不到額定壓力，從而引起表面電阻的變化。

（5）觸頭被電弧燒傷，致表面凸點增多和導電性能改變，從而引起表面電阻的變化。

（6）真空度不夠，觸頭又受電流發熱影響，極可能引起觸頭表面氧化，形成一層氧化膜，從而引起表面電阻的變化。

（7）其它因素致表面污染，引起表面電阻的變化。

5 直流電阻數據畸大的影響

電流流過任一電流回路產生的熱效應，取決于回路電阻與回路電流的大小，與回路電流的二次方以及回路電阻成正比，當斷路器回路電阻增大時，在工作電流比額定電流小很多的情況下，其熱效應是不會影響到斷路器的正常工作的。

本案例的斷路器正常工作電流僅為64.6 A，比額定電流小很多，故通過工作電流時表現正常，但這個斷路器仍存在運行風險，當斷路器開斷短路電流時，很可能因為發熱過大而引發斷路器故障。

6 處理措施

綜合上述分析，筆者認為：觸頭受表面磨損、表面氧化、電弧燒傷等表面污染的影響，觸頭表面品質嚴重劣化，為數據畸大且搖擺不定的原因之一；觸頭彈簧經久疲勞，超程減小致觸頭壓力不穩，使表面有效接觸面積時大時小，為數據畸大且搖擺不定的原因有以下兩點：

（1）超行程調整。

合閘操作中，開關觸頭接觸后動觸頭繼續運動的距離為超行程（對某些結構，如對接式觸頭，為觸頭接觸后產生閉合力的動觸頭部件繼續運動的距離）。

超行程的作用是保證觸頭在一定程度電磨損后仍能保持一定的接觸壓力和可靠的電接觸；在分閘時，使動觸頭獲得一定的初始沖擊動能，提高動觸頭的初始加速度和拉斷觸頭熔焊點；使真空斷路器在合閘時能夠借助于觸頭彈簧力得到平滑的緩沖，減輕沖擊力。

通常，真空斷路器的超行程只取觸頭開距的15%～40%。各種真空斷路器超行程各不相同，目前基本都用觸頭彈簧在分合閘時彈簧壓縮量來表示，對于12 kV真空斷路器來說，一般為（3～4）mm。而對于運行著的開關，習慣上用超行程的減小值來表示觸頭的磨損量，以此間接估算真空斷路器的剩余電壽命，并依據超行程的減小值來確定觸頭接觸壓力是否仍在規定范圍內。

當回路電阻測量值與上次值比較改變量在1.2倍以上時，可以通過調整觸頭彈簧的壓縮量，來適當調整超行程值；超行程不能過大，否則增大操作機構的合閘功，使合閘不可靠，甚至導致真空泡漏氣。也不能太小，否則不能保證適當的合閘觸頭壓力，動熱穩性能下降甚至引起重合閘彈振。調整好后，重新測量回路電阻值，如果阻值穩定，且在100 μΩ以下，則調整成功，基本可以斷定斷路器可以繼續使用。

（2）更換真空泡或整體更換斷路器。

當調整超行程后，測試數據仍不理想，表明磨損量過大，（輔以測量觸頭磨損量來判斷），考慮更換真空泡或整體更換斷路器。

1 王季梅.真空開關技術與應用[M].北京：機械工業出版社，2008.

2 DL/T 596-1996.電力設備預防性試驗規程[S].

3 張士成.變配電設備檢修技能培訓教材[M].北京：中國水利電力出版社，1997.

4 張裕生.高壓開關設備檢修和試驗[M].北京∶中國電力出版社，2004.