0 引言

當前，電力系統(tǒng)規(guī)模在不斷擴大，電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備的電壓等級也在不斷升高，因此對于變電站內(nèi)設(shè)備的穩(wěn)定可靠運行的要求也越來越高［1-3］。高壓斷路器和高壓隔離開關(guān)是變電設(shè)備中應用*為廣泛的重要變電設(shè)備，在改變系統(tǒng)運行方式、隔離電源、停電檢修中均起著重要作用［4-7］。然而，當前逐漸普及應用的氣體絕緣金屬封閉開關(guān)（Gas insulated switchgear，GIS）設(shè)備的全封閉特點會導致變電運檢人員無法有效發(fā)現(xiàn)和處理其部分設(shè)備缺陷［8-10］。高壓斷路器觸頭的表面被電弧燒蝕損壞、接觸壓力不夠等導致主接觸電阻異常增大，進而引發(fā)其他故障，并且斷路器合閘電阻在多次動作后，會因大電流作用而發(fā)生變化甚至損壞［11-12］。隔離開關(guān)的導電回路接觸電阻會因動靜觸頭表面氧化、觸頭壓力不足等原因逐漸增大，引起觸頭發(fā)熱，嚴重時會發(fā)生

熔焊產(chǎn)生拉弧，引發(fā)事故［13］。另外，當變電站內(nèi)電氣設(shè)備導電回路連接件的搭接面接觸**時，其接觸電阻將會增大，引起搭接處發(fā)熱，嚴重時會引發(fā)設(shè)備運行異常甚至引發(fā)電網(wǎng)停電事故［14-15］。

以上故障隱患一般都由電氣設(shè)備導電插件或搭接面的電阻偏大引起，而一旦出現(xiàn)上述問題，往往需要限制負荷、必要時還應安排緊急停電進行處理，嚴重降低系統(tǒng)運行的靈活性和可靠性［16-17］。因此開展變電站內(nèi)設(shè)備導通回路及搭接面的電阻測量具有必要性，而且在電力系統(tǒng)中諸多大電流電氣設(shè)備的預防性試驗、交接試驗以及例行試驗中均需要準確測量回路阻值［18］。

但是，在變電檢修現(xiàn)場測量回路電阻過程中，常常會出現(xiàn)測量結(jié)果與實際不相符，而且回路電阻值試驗重復性較差等情況。文獻［19-20］針對回路電阻測試儀在校驗、測量過程中出現(xiàn)的故障進行了分析并提出了相應的處理辦法。文獻［21］通過優(yōu)化隔離開關(guān)回路測量試驗接線，解決了變電站中強磁場干擾對測量回路電阻的影響。文獻［22］則是對回路電阻測量數(shù)據(jù)進行驗證和分析，從而得出正確的數(shù)據(jù)診斷結(jié)果，解決了測量數(shù)據(jù)重復性差的問題。文獻［23］在對比了常規(guī)測量法和GIS外殼電流回路法的基礎(chǔ)上，提出了異相電流回路法并將其應用于GIS設(shè)備主回路電阻測量，以提高GIS回路電阻測量的可靠性。

綜上，目前變電檢修中的回路電阻測量研究主要集中于故障原因分析、量測數(shù)據(jù)處理與測量方法改進方面，較少關(guān)注待測電阻兩側(cè)的接地回路對于測量結(jié)

果的影響。因此，本文首先論述了回路電阻測量的基本原理及相關(guān)影響因素，接著從變電檢修生產(chǎn)實際出發(fā)，研究變電站內(nèi)設(shè)備間隔停電試驗現(xiàn)場待測電阻兩側(cè)的接地回路對于測量結(jié)果的影響，基于 Multisim14.1對典型停電檢修場景搭建了電氣模型進行仿真分析，*終總結(jié)了接地回路對于測量結(jié)果影響的一般性結(jié)論。

1 回路電阻測量基本原理及影響因素分析

1.1 回路電阻測試基本工作原理

過去常常采用雙臂直流電橋來進行回路電阻測量，然而其測量電流級數(shù)較小，同時在測量的過程中還容易受到動、靜觸點與油膜間氧化層的影響。因此，較難發(fā)現(xiàn)導電回路導體截面積減少的現(xiàn)象，而且阻值過大還會導致接觸電阻真實值被掩蓋。因此在當前的變電檢修工作中，一般采用回路電阻測試儀來測量和顯示斷路器、隔離開關(guān)的回路電阻以及電氣搭接面的接觸電阻。同時，根據(jù)《電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程》的要求，測量斷路器和隔離開關(guān)的回路電阻時，采用直流壓降法，且電流不小于100 A。

目前，市場上大部分回路電阻測試儀均采用典型的四線制測量方法，圖1為回路電阻測試儀的常規(guī)結(jié)構(gòu)［24］。該儀器可以產(chǎn)生100 A到600 A電流來實現(xiàn)測量工作，并可進行顯示與存儲。其能夠在長時間避免脈沖式的電流內(nèi)連續(xù)完成大電流的輸出，分辨率可達0.01 μΩ。不但能擊穿搭接處的氧化膜，而且可以實現(xiàn)電阻的穩(wěn)定測量。在測試環(huán)境干擾嚴重的情況下，儀器的顯示讀數(shù)依然具有重復性和穩(wěn)定性，測試結(jié)果也較為準確。

式（1）中：Rx，Ux和Ix分別為待測電阻、待測電阻兩端電壓以及流經(jīng)電阻的電流，U+，U-，I+和I-分別為電壓線和電流線的正、負端。

回路電阻測試儀采用直流壓降法，基本測量原理為直流電路的歐姆定律，如式1所示?；芈冯娮铚y試儀基本原理圖如圖2所示。在儀器單片機的計算公式中的電壓Ux取的是待測電阻兩端的壓降Ux，除以回路中的電流Ix，得到的Rx即為待測電阻的阻值，且不包括測試導線的電阻。具體地，儀器內(nèi)高頻開關(guān)電源輸出大于 100 A 的測試電流，將采樣電路獲取的信號通過放大器進行放大后。由A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后在微處理器內(nèi)對數(shù)據(jù)進行濾波、運算及處理，*后送至液晶屏顯示所用的測量電流及測得的阻值。

1.2 回路電阻測試的影響因素分析

根據(jù)回路電阻測試儀在變電檢修中的接線方式可知，其測試回路主要包括導體、固定接觸面和活動接觸面的電阻。然而在具體測量過程中，其測量結(jié)果還會受到接地回路的影響。

1.2.1 導體電阻

一般情況下，回路電阻測試儀測得的電阻主要為導體本身的電阻，而導體電阻主要受到材料、幾何特征和導體實時溫度的影響［25］。而在實際測量時，其數(shù)值僅受溫度的影響。導體直流電阻與溫度的關(guān)系可以表征為式（2）。

式（2）中：RCu，t2，RAl，t2分別為銅導體和鋁導體在 t2 時的電阻，RCu，t1，RAl，t1 分別為銅導體和鋁導體在 t1 時的電阻，KCu，KAl分部為銅導體和鋁導體的溫度系數(shù)。

不 妨 取 t1 = 25，t2 = 30，易 得 KCu = 1.019，KAl =1.020?？梢?，盡管導體電阻與溫度成正比關(guān)系，但是由于測試過程中，溫度相對穩(wěn)定，實際阻值也幾乎無變化。

1.2.2 接觸面電阻

接觸面電阻分為固定接觸面電阻和活動接觸面電阻兩類。具體地，其又可分為集中電阻和表面電阻。集中電阻源于連接體兩端導體形狀差異導致的電流流

線變化，影響因素只有導體形狀。表面電阻的影響因素包含導體材質(zhì)、接觸面面積、接觸壓力、接觸面的污染情況等。一般地，運行中設(shè)備的上述幾個因素幾乎不變，因此其固定接觸面電阻幾乎不會有太大變化。然而，盡管活動接觸面的集中電阻相對穩(wěn)定，但其表面電阻反映了活動面的數(shù)值，活動面接觸壓力的不穩(wěn)定，也會導致活動接觸面表面電阻的不穩(wěn)定。

1.2.3 接地回路的影響

在變電檢修過程中，為了保障人身安全，往往會在檢修間隔內(nèi)的檢修設(shè)備兩側(cè)合上相應的接地刀閘或者掛接地線，以保障檢修人員免受感應電的侵害。然而，接地刀閘合上后，接地回路的存在將會對設(shè)備導通回路電阻或者搭接面電阻的測量產(chǎn)生一定的影響。

35 kV母線壓變間隔如圖3所示，在對該35 kV母線壓變停電檢修時，隔離開關(guān)將會打開，兩側(cè)接地刀閘合上以保障檢修人員安全。此時，若對隔離開關(guān)的回路導體電阻或者對部分搭接排的電阻進行測試，接地回路將會對回路電阻儀的測量回路產(chǎn)生直接影響。圖4 為隔離開關(guān)導通回路電阻測試接線圖，此時回路電阻測試儀測量電流的計算方法如式（3）所示。儀器測得的電流不僅包括了流經(jīng)待測電阻的電流，還包括了流經(jīng)接地回路的電流?；芈冯娮铚y試儀測得的測量值R'x 計算公式如式（4）所示，即為 Rx 與接地回路電阻Re1 + Re2的并聯(lián)值。

式（3）中：I為回路電阻測試儀所測得的電流，Ix為流經(jīng)隔離開關(guān)回路的電流，Ie為流經(jīng)接地回路的電流。

式（4）中：Re1與Re2分別為兩側(cè)接地回路的阻值。在變電檢修過程中，由于認為接地回路的電阻較大（mΩ級），相較于所測量的μΩ級，產(chǎn)生的影響有限，往往可以忽略接地回路對于測量結(jié)果的影響。然而，此論斷是出于定性的現(xiàn)場歷史經(jīng)驗判斷，而非定量的仿真結(jié)果。并且隨著對于新建變電站的接地網(wǎng)電阻要求越來越高，在接地回路的電阻極小時，其將對回路電阻測量值產(chǎn)生的影響可能是不可忽視。另外一方面，當采用直流壓降法對GIS在長母線回路電阻測試時，往往需要拆除兩側(cè)接地排的一端，以消除并聯(lián)支路對測量結(jié)果的影響。可見接地回路的影響將對長回路的電阻測量產(chǎn)生直接影響，所以學者們提出了分段檢測、單/雙電壓表法結(jié)合、不拆解地線法等技術(shù)手段來提高測量效率和準確性［26-30］。但是，當前對于接地回路電阻的定量影響分析依舊處于空白階段。

因此，本文立足于接地回路對回路電阻測試儀測量的影響這一實際問題，針對500 kV變電站內(nèi)典型停電間隔場景，搭建常見設(shè)備的導通回路電阻以及搭接

面回路電阻測試模型，并針對接地回路電阻進行靈敏度定量分析，總結(jié)歸納出接地回路對回路電阻測試影響的一般性結(jié)論。

2 算例仿真分析

2.1 算例描述

圖5為江蘇某500 kV變電站主變35 kV設(shè)備區(qū)的電氣接線，本文基于Multisim 14.1搭建電氣模型，分別對1號低抗、2號電容器、1號站用變和I母PT間隔內(nèi)設(shè)

備進行仿真分析?？紤]接地回路電阻的影響，測量部分隔離開關(guān)、斷路器的導通回路電阻以及部分搭接面電阻，并針對接地網(wǎng)電阻進行相應的靈敏度分析。本文忽略導線的電阻，圖中部分設(shè)備參數(shù)如下：斷路器導通回路電阻為30 μΩ，隔離開關(guān)導通回路電阻為100 μΩ，接地刀閘為120 μΩ，電容器每相111.98 μF，低抗繞組每相50 mΩ，串聯(lián)電抗器電抗為3.46 Ω，電感28.31 mH，直流電阻為25 mΩ，接地網(wǎng)電阻取100 mΩ。

2.2 算例仿真

本文使用回路電阻測試儀測量隔離開關(guān)和斷路器導通回路和待測搭接面的回路電阻，在 Multisim 14.1軟件中采用 100 A 的恒流源，再輔以內(nèi)阻為 10 μΩ 的電流表和內(nèi)阻為1 GΩ的電壓表，實現(xiàn)回路電阻測試儀的功能。

2.2.1 1號低抗間隔

圖6為1號低抗搭接面回路電阻仿真圖，由于斷路器導通電阻與搭接面回路電阻相近，因此這里僅對搭接面1在接地刀閘合分兩種狀態(tài)下分別進行回路電阻

測量。測量值為 I x=100 A，Ux=2 mV，Rx=20 μΩ，結(jié)果表明實測值與測量值一致。盡管此時電流通過接地刀閘回路流經(jīng)低抗繞組回到恒流源，但是由于低抗繞組直阻遠大于20 μΩ，所以無論接地網(wǎng)電阻如何降低，搭接面回路電阻也不會受到接地回路的影響（這里將接地網(wǎng)電阻設(shè)置為 0 mΩ 時，合上接地刀閘后，結(jié)果無變化）。

2.2.2 2號電容器間隔

圖7為2號電容器間隔的回路電阻仿真圖，這里分別對搭接面1與搭接面2分別進行回路電阻測試，結(jié)果表明：

1）搭接面1的回路電阻測試同1號電抗器間隔類似，由于串抗直阻（25 mΩ）的影響，無論接地回路的阻值如何降低，接地刀閘的合分狀態(tài)均不會影響到回路電阻的測量值變化。

2）搭接面2由于恒流源的一側(cè)存在接地回路，其另一側(cè)是電容器，電容的隔直作用使得接地回路電流無法導通，因此接地刀閘的合分狀態(tài)也不會影響到回

路電阻的測量值變化。