高壓斷路器智能回路電阻測試儀的設計和應用

霍鳳鳴，李媛媛，李英鋒

(1.河北省電力研究院，石家莊 050021；2.武漢理工大學，武漢 430070；3.保定市英電電力科技有限公司，河北 保定 071051)

高壓斷路器回路電阻測試是在斷路器導電回路施加100 A或更大的直流電流，根據產生的壓降計算斷路器導電回路直流電阻值，從而判斷斷路器導電回路是否存在接觸不良等隱患的方法。由于導電回路接觸狀況是保證斷路器安全運行的一個重要條件，在工程交接、預防性試驗中規定必須測量高壓斷路器的回路電阻[1]，因此，回路電阻測試儀在電力系統中被普遍采用。

1 傳統回路電阻測試儀存在的問題

目前，國內使用的傳統回路電阻測試儀均采用典型的四線制測量法，用高頻開關電源產生大于100 A的直流測試電流[2]，施加于制造廠規定的被測體兩端，并測量電流流過被測體產生的壓降，采樣電路同時對電壓輸入端和內部電流分流器電壓進行采樣，取得的信號經放大器放大，由A/D轉換器將模擬信號轉換成數字信號后，再經微處理器對數據進行濾波、運算、處理，通過計算電壓值和電流值之比得出被測體的直流電阻值，由顯示器顯示出此次測量的電流和電阻值。當電流測試回路出現斷線或接觸不良時，傳統測試儀會根據電流分流器上的電壓判斷出電流回路接觸不良或開路。按照以上設計原理，當測試儀電壓接線回路出現接觸不良或開路時，傳統測試儀還會顯示一個數值的問題。傳統測試儀電壓回路接觸不良或開路有3種情況，以下分別進行分析。

a. 測試儀電壓回路開路，測試現場沒有強電場干擾，這種情況下，由于放大器輸入的差模電壓基本為0，因此儀器顯示的測試數值接近為0，如果測試人員有足夠的現場測試經驗，可以判斷出是儀器電壓回路測試線異常，將儀器電壓回路測試線異常排除后，可以得出最終正確測試結果；如果測試人員沒有足夠的現場測試經驗，可能會誤判為測試儀出現問題，中斷測試，更換或返修儀器，延誤停電時間，給測試工作帶來不必要的麻煩。

b. 測試儀電壓回路接觸不良，測試現場沒有強電場干擾,大多數情況下斷路器的接線端子在長期運行后端子排外表面會產生氧化膜或油膜，當傳統測試儀的電壓測試線鉗夾接到這樣的端子排上時可能會產生接觸不良，即電壓測試線鉗夾本身要產生一定的接觸電阻(見圖1)，該接觸電阻值與電壓采樣回路的內阻值基本相同時，將對測試結果產生嚴重影響。

設試品電阻為Rx,電壓采樣回路的輸入內阻為Ri，電壓測試線鉗夾鉗接電阻為R1，儀器顯示虛假值為Ri′(假設電流采樣不受影響)。此時儀器顯示的測量虛假值Ri′=Rx·Ri/(R1+Ri)，可見儀器顯示虛假值Ri′<試品電阻Rx。由于R1的存在，使得電壓采樣回路的輸入內阻Ri與測試線鉗夾鉗接電阻R1成為分壓關系，即R1分壓越多，Ri就分壓越少，儀器顯示的測量值也就越小。假如斷路器的實際電阻值已經超出極限上限值，而測試儀顯示值又在合格范圍內，無論試驗人員有無現場測試經驗，都將導致誤判，這種人工無法辨別的誤判，對設備的安全運行是一種嚴重威脅。

圖1 傳統測試儀電壓回路接觸不良示意

c. 電壓回路開路或接觸不良(開路時可視為接觸電阻R1無窮大)，測試現場有較強的電磁干擾(如母線帶電)，此時帶電母線通過以空氣為介質的電容干擾測試儀的2條電壓測試線，由于干擾的作用使測試儀電壓采集線兩端出現差模電壓。如果干擾較大，會使測試儀顯示出比被試品電阻值大很多的數值，此時如果測試人員有足夠的現場測試經驗，也許能夠判斷出測試結果的異常，引起注意并最終得到正確測試結果，如果測試人員沒有足夠的經驗，可能會誤判為開關回路電阻值超標，進而采用停電檢修的方法處理缺陷，給電力生產造成不必要的損失；如果干擾的強度不是很大，測試儀顯示值正好在斷路器的合格阻值范圍之內，該情形與b情況產生的結果相同，同樣會造成誤判。

2 智能回路電阻測試儀的設計重點和原理

根據對以上問題的分析，發現在典型四線制測量法的基礎上增加1個輔助的小電流恒流源，并通過繼電器接到典型四線制測量法的電壓V+、V-測試線上，打破了長期以來四線制測量法不在電壓測試線上加電流的局限，成功解決了傳統回路電阻測試儀由于電壓線開路或接觸不良造成的虛假數據問題，并成功實現了智能化測量。智能回路電阻測試儀原理示意，見圖2。

測試時，先通過繼電器觸點將輔助恒流源接到電壓測試線的兩端，電壓測試線通過試品電阻構成回路。當電壓線接于斷路器端子排后，小電流恒流源若工作在恒流狀態下，則整個電壓回路的電阻比較小，電壓測試端測試的電壓值較小，此時警告提示信號不啟動，表明電壓線鉗夾與斷路器端子排接觸良好；如果電壓線接于斷路器端子排后，小電流恒流源不能工作在恒流狀態，電壓測試端測試的電壓值很大，接近小電流恒流源的開路電壓，則可以判斷電壓線接觸不良，此時啟動警告提示信號，提醒測試人員處理接觸異常。之后，通過繼電器斷開輔助的小電流恒流源，再接通大電流恒流源給試品加電測試，通過采集電壓電流的數值，計算試品電阻值。此時測出的數值一定是試品的真實電阻值，避免虛假數據的產生。即使現場有較強電場干擾，由于電壓回路中的電阻很小，感應到電壓測試端的電壓為共模電壓，智能回路電阻測試儀通過電容接地的方式，將這個交流共模干擾降到很低，不會對測試精度產生影響。小電流恒流源還可以擊穿一些較輕微的氧化膜或油膜，自動改變接觸狀況，節省處理時間，提高測試效率。

圖2 智能回路電阻測試儀原理示意

3 智能回路電阻測試儀的現場應用效果

2010年，智能回路電阻測試儀在現場進行了應用，共測試數據500組(每1個斷路器斷口的測試為1組測試數據)，其中有42次提示“電壓回路開路或接觸不良”，避免了虛假數據帶來的誤判，糾錯率為8.4%，試驗人員重新檢查接線后，測試數據結果正常，其余均一次測試成功，測試結果符合要求，重復測試時，數據穩定，重復性符合斷路器試驗的要求。

4 結束語

通過原理分析和實際應用的檢驗，采用改進型四線制測量法的高壓斷路器智能回路電阻測試儀，解決了由于電壓線接觸不良產生的誤判、虛假數據等問題，使測試數據更趨于穩定可靠，避免了原理上的原因造成的測試不準確，實現了真正的智能化測量，是今后斷路器直流電阻測試的改進方向。

參考文獻：

[1] DL/T 596-2006，電力設備預防性試驗規程[S].

[2] JJG 1052-2009，回路電阻測試儀、直阻儀檢定規程[S].