高壓開關(guān)是電力系統(tǒng)中的重要控制設(shè)備,對電網(wǎng)的安全運(yùn)行起著舉足輕重的作用。高壓開關(guān)導(dǎo)電回路電阻是控制開關(guān)質(zhì)量和運(yùn)行狀態(tài)的一項重要技術(shù)指標(biāo),在相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中均有明確的規(guī)定。在其型式試驗(yàn)、出廠試驗(yàn)、交接試驗(yàn)和預(yù)防試驗(yàn)項目中,均要求按照規(guī)定的方法(直流壓降法)進(jìn)行測量。其目的是通過實(shí)際測量來確定導(dǎo)電回路電阻值是否在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi),用來保證高壓開關(guān)*載流和短路時通過極限電流的性能。但在實(shí)際測量時,測量條件(測試電流)和測量環(huán)境條件(溫度)對測量結(jié)果的影響往往被人為忽視,導(dǎo)致測量結(jié)果可能是不準(zhǔn)確、不可靠(不正確)的,高壓開關(guān)狀態(tài)的誤測終會影響設(shè)備本身和電網(wǎng)的安全運(yùn)行。
一、高壓開關(guān)導(dǎo)電回路電阻的特點(diǎn)：
高壓開關(guān)導(dǎo)電回路電阻由導(dǎo)電材料本身的電阻、固定連接電阻和活動連接的接觸電阻三部分組成。前二部分的電阻值一般是恒定的,活動部分是由動、靜觸頭組成的,其接觸電阻值與其接觸方式、接觸壓力、接觸外表面狀態(tài)有關(guān),往往會發(fā)生變化(變大)。當(dāng)接觸電阻增大,觸頭*在工作電流下運(yùn)行會使發(fā)熱量增大,觸頭接觸處會嚴(yán)重發(fā)熱,甚至局部熔焊而影響開關(guān)分合。當(dāng)通過短路電流時還會影響開關(guān)的動、熱穩(wěn)定性和開斷性能。我國電網(wǎng)中變電站(所)在用的高壓開關(guān),其導(dǎo)電回路電阻為μΩ級,大多數(shù)型號開關(guān)的導(dǎo)電回路電阻在100μΩ以下。
二、對直流壓降法測試電流誤差、漂移的影響分析：
直流壓降法測量公式為:RX=U/I,直流壓降法規(guī)定的測試電流I不小于100A,其目的是被測導(dǎo)電回路通過大的測試電流,穿透開關(guān)動靜觸頭接觸處表面的氧化膜,從而減小測量誤差。高壓開關(guān)導(dǎo)電回路電阻的特點(diǎn)是μΩ量級小電阻,通過100A測試電流進(jìn)行測量,四線測量定義點(diǎn)之間的電位U為mV量級。顯然被測導(dǎo)電回路電阻RX的測量誤差包含了電位U的測量誤差和測試電流I的誤差及I漂移引起的誤差。因?yàn)镮為大電流,I的漂移會使電位的有效讀數(shù)受到影響(不穩(wěn)定),從而降低了分辨力,使100μΩ以下小電阻的測量誤差不能滿足規(guī)定的要求。這是目前我國在用的測量范圍為0～2000μΩ、分辨力為1μΩ的回路電阻測試儀存在的主要問題之一。
三、測量環(huán)境條件對測量結(jié)果的影響分析：
高壓開關(guān)為封閉式結(jié)構(gòu),規(guī)定的導(dǎo)電回路電阻測量端與其固定連接部分的一部分在封閉體的外部;動、靜觸頭及其固定連接的另一部分在封閉體的內(nèi)部。由于測量是在現(xiàn)場(室外)進(jìn)行的,被測高壓開關(guān)內(nèi)部溫度與外部溫度往往是不相同的,當(dāng)內(nèi)外部溫度有差別時,被測導(dǎo)電回路會產(chǎn)生溫差電勢即熱電勢eT。熱電勢eT具有一定的大小(μV量級)和方向(+、-),其影響方式是疊加在被測導(dǎo)電回路的電位U上。當(dāng)eT的方向與U的方向相同時,被測導(dǎo)電回路的電位為U+eT,方向相反時則與U-eT。顯然在一個電流方向測量時,eT的存在使RX的測量值大于或小于RX的實(shí)際值。表1是一組在現(xiàn)場對220kV和110kV高壓開關(guān)在I的不同方向時的測量數(shù)據(jù)[2]。經(jīng)過大量的現(xiàn)場測量,同一被測高壓開關(guān)在正電流方向的測量值和反電流方向的測量值之間的差別,達(dá)到n×10-2量級,n為0～10。證實(shí)了eT的影響是存在且不可忽視的。因此,在被測高壓開關(guān)導(dǎo)電回路存在溫差電勢時,將一般伏安法原理的回路電阻測試儀測量值作為RX的終測量結(jié)果是不正確的,原因是未消除eT的影響。這是在用的回路電阻測試儀存在的主要問題之二。
四、智能數(shù)字化回路電阻測試儀的研究：
針對高壓開關(guān)導(dǎo)電回路μΩ量級小電阻在大電流狀態(tài)下測量的特點(diǎn),在伏安法的基礎(chǔ)上,應(yīng)用單片機(jī)技術(shù),采用電位比比較法和電流換向法的智能數(shù)字化回路電阻測試儀(以下簡稱智能回路電阻測試儀),能在高壓開關(guān)導(dǎo)電回路電阻測量過程中,消除測試電流的誤差及漂移、溫差電勢對測量結(jié)果的影響,獲得準(zhǔn)確可靠的RX的測量結(jié)果,其測量原理框圖如圖1所示。
五、電位比比較法對電流誤差、漂移影響的消除：
在圖1中的伏安法測量回路中串連一只μΩ量級的標(biāo)準(zhǔn)電阻器RS,測量時RS與RX流過同一測試電流I,I由測試電流源A提供。RS上的電位US=I•RS,RX上的電位UX=I•RX。由單片機(jī)控制的電子開關(guān)D和A/D轉(zhuǎn)換器對UX、US同時采樣、轉(zhuǎn)換,并對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行存儲(保持);RS的值為已知,其對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)設(shè)定在單片機(jī)的存儲器中;在功能程序控制下,當(dāng)完成一次對UX和US信號的采集、轉(zhuǎn)換、保持后,單片機(jī)執(zhí)行計算功能程序,按照電位比比較法測量公式:RX=(UX/US)RS計算并顯示出RX的測量值和計量單位(μΩ)。D對UX、US的采樣時間間隔為30ms,如果I的漂移為10-3/min,其相對影響是降低了二個量級,因而可認(rèn)為消除了I漂移的影響。的A/D轉(zhuǎn)換,由于溫升等多種因素的影響,系統(tǒng)會出現(xiàn)零點(diǎn)漂移和轉(zhuǎn)換精度的問題,因此可對每個A/D轉(zhuǎn)換通道以及基準(zhǔn)電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換,分析轉(zhuǎn)換的結(jié)果是否在允許的范圍內(nèi)。如果在允許的范圍內(nèi)則認(rèn)為轉(zhuǎn)換結(jié)果正確;如果轉(zhuǎn)換結(jié)果不在允許的范圍內(nèi),存在誤差,則說明存在漂移,根據(jù)誤差的大小計算出校正系數(shù),然后再據(jù)此對以后的轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行校正;如果誤差過大則置錯誤標(biāo)志。為確保系統(tǒng)可靠工作,在設(shè)計時需要將未使用的輸入輸出管腳設(shè)為輸出模式以屏蔽干擾信號。
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