高壓開關是電力系統(tǒng)中的重要控制設備,對電網的安全運行起著舉足輕重的作用。高壓開關導電回路電阻是控制開關質量和運行狀態(tài)的一項重要技術指標,在相關的國家標準、行業(yè)標準中均有明確的規(guī)定。在其型式試驗、出廠試驗、交接試驗和預防試驗項目中,均要求按照規(guī)定的方法(直流壓降法)進行測量。其目的是通過實際測量來確定導電回路電阻值是否在標準規(guī)定的范圍內,用來保證高壓開關*載流和短路時通過極限電流的性能。但在實際測量時,測量條件(測試電流)和測量環(huán)境條件(溫度)對測量結果的影響往往被人為忽視,導致測量結果可能是不準確、不可靠(不正確)的,高壓開關狀態(tài)的誤測終會影響設備本身和電網的安全運行。
一、高壓開關導電回路電阻的特點：
高壓開關導電回路電阻由導電材料本身的電阻、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,往往會發(fā)生變化(變大)。當接觸電阻增大,觸頭*在工作電流下運行會使發(fā)熱量增大,觸頭接觸處會嚴重發(fā)熱,甚至局部熔焊而影響開關分合。當通過短路電流時還會影響開關的動、熱穩(wěn)定性和開斷性能。我國電網中變電站(所)在用的高壓開關,其導電回路電阻為μΩ級,大多數型號開關的導電回路電阻在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,其目的是被測導電回路通過大的測試電流,穿透開關動靜觸頭接觸處表面的氧化膜,從而減小測量誤差。高壓開關導電回路電阻的特點是μΩ量級小電阻,通過100A測試電流進行測量,四線測量定義點之間的電位U為mV量級。顯然被測導電回路電阻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。因為I為大電流,I的漂移會使電位的有效讀數受到影響(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)境條件對測量結果的影響分析：
高壓開關為封閉式結構,規(guī)定的導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部。由于測量是在現場(室外)進行的,被測高壓開關內部溫度與外部溫度往往是不相同的,當內外部溫度有差別時,被測導電回路會產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電回路的電位U上。當eT的方向與U的方向相同時,被測導電回路的電位為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的實際值。表1是一組在現場對220kV和110kV高壓開關在I的不同方向時的測量數據[2]。經過大量的現場測量,同一被測高壓開關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,達到n×10-2量級,n為0～10。證實了eT的影響是存在且不可忽視的。因此,在被測高壓開關導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、智能數字化回路電阻測試儀的研究：
針對高壓開關導電回路μΩ量級小電阻在大電流狀態(tài)下測量的特點,在伏安法的基礎上,應用單片機技術,采用電位比比較法和電流換向法的智能數字化回路電阻測試儀(以下簡稱智能回路電阻測試儀),能在高壓開關導電回路電阻測量過程中,消除測試電流的誤差及漂移、溫差電勢對測量結果的影響,獲得準確可靠的RX的測量結果,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量級的標準電阻器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。由單片機控制的電子開關D和A/D轉換器對UX、US同時采樣、轉換,并對轉換后的數字信號進行存儲(保持);RS的值為已知,其對應的二進制數設定在單片機的存儲器中;在功能程序控制下,當完成一次對UX和US信號的采集、轉換、保持后,單片機執(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,因而可認為消除了I漂移的影響。的A/D轉換,由于溫升等多種因素的影響,系統(tǒng)會出現零點漂移和轉換精度的問題,因此可對每個A/D轉換通道以及基準電壓進行轉換,分析轉換的結果是否在允許的范圍內。如果在允許的范圍內則認為轉換結果正確;如果轉換結果不在允許的范圍內,存在誤差,則說明存在漂移,根據誤差的大小計算出校正系數,然后再據此對以后的轉換結果進行校正;如果誤差過大則置錯誤標志。為確保系統(tǒng)可靠工作,在設計時需要將未使用的輸入輸出管腳設為輸出模式以屏蔽干擾信號。
