高压断路器回路电阻测试仪的试验研究与改进

霍凤鸣1 李媛媛2 李英锋3
1、河北省电力研究院（石家庄050021） 2、保定市英电电力科技有限公司（保定071051）

摘要：断路器回路电阻测试仪是电力系统常用的试验仪器，目前断路器直阻测试都是采用典型的四线制测量法，在现场试验时会由于电压测试线接触不良，出现错误判断甚至不能进行测试的问题。本文提出在电压测试线两端加一个小电流恒流源，用来判断电压测试线接触是否良好，打破了电压测试线不加电流的局限，创造性的提出了改进型四线制测量法，结合研制的智能型回路电阻测试仪，在电压测试线接触不良时，仪器能够及时准确提示，使得测试仪器测出的数值一定是被试品的真实电阻，节约测试时间，提高了工作效率，避免了错误判断的问题。本产品已申请专利,专利号：201020581218.8。
Abstract: The circuit breaker loop resistance tester is the test instrument commonly used in Power Systems.Currently, the means used for circuit breaker direct resistance testing is typical four-wire measuring method . While in the field test , the misjudgement and even the problem that testing can’t be done may occur as a result of bad contact in the voltage test line . In this paper, the author proposes that a voltage test line’s ends add a small constant current source, to judge whether the line’s contact is good or not . The idea broke the limitation of adding no current in voltage test line , and creatively put forward the improved four-wire measuring method. Then the intelligent loop resistence tester based on this is developed . The trouble of bad contact in the voltage test line can be timely and accurately pointed out when using the intelligent loop resistence tester .Then the values measured by test instrument must be the true resistance of the tested items..So it not only saved test time, but also improved efficiency, and avoided the error of judgment.
关键词：断路器直阻 改进型四线制测量法 智能化测量
KeyWords：circuit breaker direct resistance ; improved four-wire measuring method ;intelligent measuring

断路器回路电阻测试是在断路器导电回路施加100A或更大的直流电流，根据产生的压降来计算断路器导电回路的直阻值，从而判断断路器导电回路是否存在接触不良等隐患。由于导电回路接触状况是保证断路器安全运行的一个重要条件，在工程交接、预防性试验中也规定需要测量高压断路器的回路电阻，回路电阻测试仪在电力系统中被普遍采用。
1 目前采用的测试方法
目前国内使用的回路电阻测试仪都是采用典型的四线制测量法，用高频开关电源产生大于100A的直流测试电流，施加于制造厂规定的被测体两端，并测量电流流过被测体产生的压降，采样电路同时对电压输入端和内部电流分流器电压进行采样，取得的信号经放大器放大，由A/D转换器将模拟信号转换成数字信号后，再经微处理器对数据进行滤波、运算、处理，通过计算电压值和电流值之比得出被测体的直流电阻值，最后送显示器显示出此次测量的电流和电阻值。并可以在当电流测试回路出现断线或接触不良时，仪器会根据电流分流器上的电压判断出电流回路接触不良或开路。
2 现有测试方法存在的问题
按照以上常规设计原理设计的回路电阻测试仪在现场测试时，都普遍存在一个问题：当测试仪电压接线回路出现接触不良或开路时，测试仪还会显示一个数值，此时会出现以下几种情况：
1）电压回路开路，测试现场没有强电场干扰，如图一所示：

图一 测试现场没有强电场干扰时的电压回路开路示意图
这种情况下，由于放大器输入的差模电压基本为0，故仪器显示的测试数值接近为0，如果测试人员有足够的现场测试经验，可以判断出是仪器电压回路测试线异常，将仪器电压回路测试线异常排除后，可以得出最终正确测试结果；如果测试人员没有足够的现场测试经验，有可能会误判测试仪出现问题，中断测试，更换或返修仪器，延误停电时间，给测试工作带来不必要的麻烦。
2）电压回路接触不良
大多数情况下断路器的接线端子在长期运行后端子排外表面会产生氧化膜或油膜，当回路电阻仪的电压测试钳夹接到这样的端子排上时就可能产生接触不良，既电压测试线钳夹本身也要产生一定的接触电阻，该接触电阻值达到与电压采样回路的内阻值相当时，将对测试结果产生严重影响。如图二所示。

图二 电压回路接触不良示意图
设试品电阻为Rx,电压采样回路的输入内阻为Ri，电压测试线钳夹钳接电阻为R1，仪器显示虚假值为Riˊ（假设电流采样不受影响）。此时仪器显示的测量伪虚假值Riˊ＝Rx×Ri/(R1+Ri)，可见仪器显示虚假值Riˊ＜断路器实际电阻值Rx。通过图二可以看出，由于R1的存在，使得电压采样回路的输入内阻Ri与钳夹钳接电阻R1已经成为分压关系，既R1分压越多，Ri就分压越少，仪器显示的测量值也就越小。假如断路器的实际电阻值已超出极限上限值，而测试仪显示值又在合格范围内，无论试验人员有无现场测试经验，都将导致误判，这种人工无法辨别的误判，对设备的安全运行是一种严重威胁。
3）电压回路开路或接触不良（开路时可视接触电阻R1无穷大），测试现场有较强的电磁干扰，如母线带电，示意图见图三所示：
此时带电母线通过以空气为介质的电容，干扰测试仪的两条电压测试线，由于干扰的作用使回路测试仪电压采集线两端出现差模电压，随着干扰程度不同，一般产生如下结果。

图三 测试现场有强电磁干扰时的电压回路开路示意图
如果干扰较大，会使回路电阻测试仪显示出比被试品电阻值大的多的数值，此时如果测试人员有足够的现场测试经验也许能够判断出测试结果的异常，能够引起注意并最终得到正确测试结果。但如果测试人员没有足够的经验可能会误判开关回路电阻值超标，可能会采用停电检修的方法处理缺陷，给电力生产造成不必要的损失。
如果干扰的强度不是很大，仪器显示值正好在断路器的合格阻值范围之内，该情形与情况“2）电压回路接触不良”产生的结果相同，同样会造成误判。
3 利用改进型四线制测量法解决以上问题。
根据对以上问题的分析论证发现，改进四线制测量法，在典型四线制测量法的基础上增加一个辅助的小电流恒流源，并通过继电器接到典型四线制测量法的电压V＋、V－测试线上，可以彻底解决目前传统回路电阻测试仪存在的问题。打破了长期以来四线制测量法不在电压测试线上加电流的局限，成功解决了回路电阻测试仪由于电压线开路或接触不良造成的虚假数据问题，并成功实现了智能化测量。该技术已申请专利，专利号：201020581218.8。
该测试原理见图四，测试时先通过继电器接点将辅助恒流源接到电压测试线的两端，电压测试线通过试品电阻构成回路。当电压线接于断路器端子排后，小电流恒流源若工作在恒流状态下，则整个电压回路的电阻比较小，电压测试端测试的电压值较小，此时警告提示信号不启动，表明电压线钳夹与断路器端子排接触良好；如果电压线接于断路器端子排后，小电流恒流源不能工作在恒流状态，电压测试端测试的电压值很大，接近小电流恒流源的开路电压，则可以判断电压线接触不良，此时启动警告提示信号，提醒测试人员处理接触异常。
之后通过继电器断开辅助的小电流恒流源，再接通大电流恒流源给试品加电测试，通过采集电压电流的数值，计算试品的电阻值。此时测出的数值一定是试品的真实的电阻值，杜绝了虚假数据的产生。即使现场有较强电场干扰，由于电压回路中的电阻很小，感应到电压测试端的电压为共模电压，本产品通过电容接地的方式将这个交流共模干扰降到很低，不会对测试精度产生影响。
小电流恒流源还可以击穿一些较轻微的氧化膜或油膜，自动改变接触状况，可以节省处理时间，提高了测试效率。以上表明自动判断和提示功能大大提高了测试准确性和提高了生产效率，是现场试验人员快速解决问题的可靠依靠。

图四 改进型回路电阻测试仪原理示意图
4 现场应用
2010年改进型回路电阻测试仪在现场进行了应用，共采纳数据500组（每一个开关断口的测试为一组测试数据），其中有42次提示“电压回路开路或接触不良”，避免了虚假数据带来的误判，纠错率为8.4％。试验人员重新检查接线后，测试数据结果正常。其余均一次测试成功，测试结果符合要求，重复测试时，数据稳定，重复性符合断路器试验的要求。产品运行稳定正常。提高了工作效率，避免了安全隐患。
5 结束语
通过原理分析和实际应用的检验，采用改进型四线制测量法的断路器回路电阻测试仪，很好的解决了由于电压线接触不良产生的误判、虚假数据等问题，使测试数据更趋于稳定可靠，避免了原理上的原因造成的测试不准确，实现了真正的智能化测量，是今后断路器直阻测试的改进方向。
参考文献：
JJG 1052-2009回路电阻测试仪、直阻仪检定规程
DL/T 845.4-2004 电阻测量装置通技术条件 第4部分:回路电阻测试仪
DL/T596—2006 电力设备预防性试验规程
作者简介：
霍凤鸣：河北电力科学研究院。