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真空斷路器電阻測量誤差解析與說明
文章出處：本站 發(fā)布時間：2022-06-06 15:45:00 點擊數(shù)：3898
綜合上述分析，可以認為：觸頭受表面磨損、表面氧化、電弧燒傷等表面污染的影響，觸頭表面品質(zhì)嚴重劣化，為測量數(shù)據(jù)誤差較大的原因之一；觸頭彈簧經(jīng)久疲勞，超行程減少至觸頭壓力不穩(wěn)，使表面接觸面積時大時小，因此數(shù)據(jù)誤差較大的原因有以下一點：
4.1超行程調(diào)整
合閘操作中，開關(guān)觸頭接觸后，動觸頭繼續(xù)運動的距離為超行程。超行程的作用是保證觸頭在一定程度的電磨損后仍能保持一定的接觸壓力和可靠地接觸面積；在分閘時，使動觸頭獲得一定的初始沖擊動能，提高動觸頭的初始加速度和拉斷觸頭熔焊點；使真空斷路器在合閘時能夠借助于觸頭彈簧力得到平滑的緩沖，減輕沖擊力。
通常，真空斷路器的超行程只取觸頭開距的15%-40%。各種真空斷路器的超行程各不相同，目前基本都用觸頭彈簧在分合閘時彈簧壓縮量來表示。對于12kV真空斷路器來說，一般為3-4mm。而對于運行中的斷路器，習慣上是用超行程的減少量來表示觸頭的磨損量，以此間接估算真空斷路器的電壽命，并依據(jù)超行程的減小值來確定觸頭接觸壓力是否在規(guī)定范圍內(nèi)。
當回路電阻測量值與上次值比較，變化量在1.2倍以上時，可以通過調(diào)整觸頭彈簧的壓縮量，來適當調(diào)整超行程值。超行程不能過大，否則會增大操作機構(gòu)的合閘功，使合閘不可靠，甚至導(dǎo)致真空泡漏氣；也不能太小，否則不能保證適當?shù)暮祥l觸頭壓力，動熱穩(wěn)定性下降甚至引起重合閘彈跳。調(diào)整好后，重新測量回路電阻值，如果阻值穩(wěn)定在50μΩ以下，基本判斷斷路器可以繼續(xù)使用。
量真空斷路器每相導(dǎo)電回路電阻，實質(zhì)上是檢驗動、靜觸頭之間接觸電阻的變化，進而判斷觸頭是否良好。斷路器導(dǎo)電回路直流電阻，實際上包括套管導(dǎo)電桿電阻、導(dǎo)電桿與觸頭連接處電阻和動、靜觸頭之間的接觸電阻。前兩者基本是固定值，而動、靜觸頭之間的接觸電阻，由于各種因素的影響(如觸頭表面氧化、觸頭之間殘存有機械雜物或碳化物、接觸壓力下降，接觸面積減小、短路電流燒傷等)，常常有所變化。
由于兩個導(dǎo)體接觸時，因其表面非絕對的光滑、平坦，只能在其表面的一些點上接觸，使導(dǎo)體中的電流線在這些接觸處劇烈收縮，實際接觸面積大大縮小，而使電阻增加，此原因引起的接觸電阻稱為收縮電阻。另由于各導(dǎo)體的接觸因氧化、硫化等各種原因會存在一層薄膜，該膜使接觸過渡區(qū)域的電阻增大，此原因引起的接觸電阻稱為表面電阻（或膜電阻）。接觸電阻的存在，增加了導(dǎo)體在通電時的損耗，使接觸處的切斷能力，也是反映安裝檢修質(zhì)量的重要數(shù)據(jù)。
由電流源經(jīng)“I+、I-兩端口（也稱I型口），供給被測電阻Rx電流，電流的大小有電流表I讀出，Rx兩端的電壓降“V+、V-”兩端口(也稱V型口)取出，由電壓表V讀出。通過對I、V的測量，就可以算出被測電阻的阻值。
1.3 回路電阻相關(guān)規(guī)程的技術(shù)標準
《GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準》要求，每相導(dǎo)電回路的電阻值測量，宜采用電流不小于100A的直流壓降法。測試結(jié)果應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的規(guī)定。
《DL/T596-1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》要求運行中自行規(guī)定，建議不大于1.2倍出廠值。
2影響測量誤差的因素
測量誤差主要分為三大類：系統(tǒng)誤差、隨機誤差、粗大誤差。測量工作是在一定條件下進行的，外界環(huán)境、觀測者的技術(shù)水平和儀器本身的構(gòu)造的不完善等原因，都可能導(dǎo)致測量誤差的產(chǎn)生，通常把測量儀器、觀測者的技術(shù)水平和外界環(huán)境三個方面綜合起來，稱為觀測條件。觀測條件不理想和不斷變化，是產(chǎn)生測量誤差的根本原因。
2.1導(dǎo)電回路電阻測量誤差的分析
從斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)上著相關(guān)部件的特性的分析。
2.1.1導(dǎo)流部分
導(dǎo)流部分是由動主觸頭、動弧觸頭、靜主觸頭、靜弧觸頭，上接線端、下接線端及過渡觸頭、壓氣缸及噴嘴、提升桿組成。
動、靜主觸頭是導(dǎo)流部分主要元件，它的工作面均是銅銀復(fù)合材料精制而成，其電阻率小，導(dǎo)電性能強。在相對運動及接觸中，是靠材料彈性強度產(chǎn)生的圓周壓力（裝配公差）組成，它們之間在運動產(chǎn)生的磨損程度，彈性恢復(fù)及接觸靜態(tài)后的圓周壓強（壓力）是會夠成影響斷路器在快合后導(dǎo)流回路接觸電阻值由大變小的主要原因的。
動靜弧觸頭在導(dǎo)流部分中主要作用是在斷路器剛合、分點過程中吸收電弧及高溫熱量，對主靜觸頭起到保護。這是因為在開關(guān)合分過程中，弧觸頭比主觸頭先接觸后斷開其材料是用銅鎢復(fù)合而成；電阻率高于主觸頭的銅銀，導(dǎo)電性能也差于銅銀，通常回路接觸電阻值不反映它的情況。
2.2分析產(chǎn)生的誤差
以上分析討論得知：動靜觸頭接觸情況是夠成接觸電阻“異常”情況的主要原因。它取于： ⑴ 靜主觸頭材料抗沖擊疲勞恢復(fù)程度。體現(xiàn)在彈性強度上，即在動觸頭被快速合后，靜觸頭對動觸頭恢復(fù)彈性愈快。圓周壓力愈大，其二者接觸效果就愈好，反之則不理想。⑵動觸頭在原點的兩處，即靜觸頭與下端過渡觸頭的接觸工作面磨損程度，體現(xiàn)在工作部位的表面鍍銀磨損，劃痕磨損或少許氧化，電解損傷方面上。在長期的工作原點上發(fā)生頻繁運動磨合及損傷是不可避免的。
若是第⑴種情況影響了接觸電阻，輕著可通過改變原點接觸，緩解材料疲勞原點的強度；重則要進行解體大修，更換元件徹底解決。
若是⑵種情況的發(fā)生影響著接觸電阻，則也可通過行程微調(diào)，改變原點接觸，改善工作面，可以達到理想目的。
2.3提高測量精度的措施
以ABB 可抽出式VD4真空斷路器為例，由于高壓開關(guān)柜母線側(cè)靜觸頭一般情況下帶電，所以進行回路電阻測量時需要將斷路器小車推出。而小車推出后斷路器動觸頭松動，影響回路電阻測量。所以需要使用制作專門的銅制棒料（以下簡稱銅棒）代替靜觸頭的作用，即按照靜觸頭的尺寸加工銅棒，使得動觸頭和銅棒之間的接觸情況與動靜觸頭接觸情況相近，來模擬斷路器實際工作狀態(tài)。
表2是未使用銅棒測得回路電阻和使用銅棒后測得回路電阻數(shù)據(jù)對比（同一臺斷路器A相）。
序號
使用銅棒前回路電阻值（μΩ）
使用銅棒后回路電阻值（μΩ）
表2 數(shù)據(jù)對比
可見使用銅棒模擬靜觸頭可以較好的模擬斷路器實際工作狀況。
3 影響測量誤差分析
由測試回路組成，可知測試數(shù)據(jù)包括三個部分之和，即導(dǎo)體電阻、固定接觸面面電阻、活動接觸面電阻之和。其誤差分析如下。
3.1 導(dǎo)體電阻
導(dǎo)體電阻數(shù)值取決于導(dǎo)體材料、導(dǎo)體幾何特征（包括面積、形狀、長度等）、導(dǎo)體的溫度等因素，在材料和幾何特征固定時，其數(shù)值只受溫度的影響，其直流電阻與溫度的關(guān)系為：
Rt2=KRT1k=(235+t2)/（235+t1）
由式可見，其直流電阻與溫度成正比。測量過程中溫度固定，阻值也相對固定。
3.2 固定接觸面接觸電阻
固定接觸面接觸電阻包括集中電阻和表面電阻兩部分。集中電阻為連接體兩端由于形狀不同帶來的電流流線改變而產(chǎn)生的電阻，它只受導(dǎo)體形狀的影響。表面電阻，其影響因素為材質(zhì)、連接面面積、接觸壓力、接觸面的污染。由于運行中的斷路器材質(zhì)、連接面積等已經(jīng)確定、且為螺栓連接，接觸壓力固定，而接觸面污染又是一個漸變過程。綜上所述，該部分電阻可以認為是恒定量。
3.3 活動接觸面接觸電阻
活動接觸面接觸電阻同樣包括集中電阻和表面電阻兩部分。集中電阻相對穩(wěn)定，但表面電阻反應(yīng)活動面的數(shù)值，活動面接觸壓力可能不穩(wěn)定，導(dǎo)致數(shù)值不穩(wěn)定。可以認為：回路總電阻的變化量就等于該部分接觸電阻的變化量。也正因為如此，《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》規(guī)定通過測量斷路器的導(dǎo)電回路電阻來判斷斷路器的設(shè)備狀況。下面對該部分電阻進行具體分析：
觸頭表面磨損，導(dǎo)致表面凸點不斷增多，表面粗糙度增加，導(dǎo)致連接面的有效接觸面積不斷改變，引起表面電阻的變化。
觸頭彈簧由于運行時間過長，導(dǎo)致金屬疲勞，其張力變化引起觸頭壓力的改變，從而引起表面電阻的變化。
觸頭表面磨損過多，超過斷路器形程，從而使觸頭表面達不到額定壓力，繼而引起表面電阻的變化。
觸頭被電弧燒傷，至表面凸點增多和導(dǎo)電性能改變，從而引起表面電阻的變化。
其他因素致表面污染，引起表面電阻的變化。
4 處理措施
4.1超行程調(diào)整
合閘操作中，開關(guān)觸頭接觸后，動觸頭繼續(xù)運動的距離為超行程。超行程的作用是保證觸頭在一定程度的電磨損后仍能保持一定的接觸壓力和可靠地接觸面積；在分閘時，使動觸頭獲得一定的初始沖擊動能，提高動觸頭的初始加速度和拉斷觸頭熔焊點；使真空斷路器在合閘時能夠借助于觸頭彈簧力得到平滑的緩沖，減輕沖擊力。
通常，真空斷路器的超行程只取觸頭開距的15%-40%。各種真空斷路器的超行程各不相同，目前基本都用觸頭彈簧在分合閘時彈簧壓縮量來表示。對于12kV真空斷路器來說，一般為3-4mm。而對于運行中的斷路器，習慣上是用超行程的減少量來表示觸頭的磨損量，以此間接估算真空斷路器的電壽命，并依據(jù)超行程的減小值來確定觸頭接觸壓力是否在規(guī)定范圍內(nèi)。
當回路電阻測量值與上次值比較，變化量在1.2倍以上時，可以通過調(diào)整觸頭彈簧的壓縮量，來適當調(diào)整超行程值。超行程不能過大，否則會增大操作機構(gòu)的合閘功，使合閘不可靠，甚至導(dǎo)致真空泡漏氣；也不能太小，否則不能保證適當?shù)暮祥l觸頭壓力，動熱穩(wěn)定性下降甚至引起重合閘彈跳。調(diào)整好后，重新測量回路電阻值，如果阻值穩(wěn)定在50μΩ以下，基本判斷斷路器可以繼續(xù)使用。
量真空斷路器每相導(dǎo)電回路電阻，實質(zhì)上是檢驗動、靜觸頭之間接觸電阻的變化，進而判斷觸頭是否良好。斷路器導(dǎo)電回路直流電阻，實際上包括套管導(dǎo)電桿電阻、導(dǎo)電桿與觸頭連接處電阻和動、靜觸頭之間的接觸電阻。前兩者基本是固定值，而動、靜觸頭之間的接觸電阻，由于各種因素的影響(如觸頭表面氧化、觸頭之間殘存有機械雜物或碳化物、接觸壓力下降，接觸面積減小、短路電流燒傷等)，常常有所變化。
由于兩個導(dǎo)體接觸時，因其表面非絕對的光滑、平坦，只能在其表面的一些點上接觸，使導(dǎo)體中的電流線在這些接觸處劇烈收縮，實際接觸面積大大縮小，而使電阻增加，此原因引起的接觸電阻稱為收縮電阻。另由于各導(dǎo)體的接觸因氧化、硫化等各種原因會存在一層薄膜，該膜使接觸過渡區(qū)域的電阻增大，此原因引起的接觸電阻稱為表面電阻（或膜電阻）。接觸電阻的存在，增加了導(dǎo)體在通電時的損耗，使接觸處的切斷能力，也是反映安裝檢修質(zhì)量的重要數(shù)據(jù)。
由電流源經(jīng)“I+、I-兩端口（也稱I型口），供給被測電阻Rx電流，電流的大小有電流表I讀出，Rx兩端的電壓降“V+、V-”兩端口(也稱V型口)取出，由電壓表V讀出。通過對I、V的測量，就可以算出被測電阻的阻值。
1.3 回路電阻相關(guān)規(guī)程的技術(shù)標準
《GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準》要求，每相導(dǎo)電回路的電阻值測量，宜采用電流不小于100A的直流壓降法。測試結(jié)果應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的規(guī)定。
《DL/T596-1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》要求運行中自行規(guī)定，建議不大于1.2倍出廠值。
2影響測量誤差的因素
測量誤差主要分為三大類：系統(tǒng)誤差、隨機誤差、粗大誤差。測量工作是在一定條件下進行的，外界環(huán)境、觀測者的技術(shù)水平和儀器本身的構(gòu)造的不完善等原因，都可能導(dǎo)致測量誤差的產(chǎn)生，通常把測量儀器、觀測者的技術(shù)水平和外界環(huán)境三個方面綜合起來，稱為觀測條件。觀測條件不理想和不斷變化，是產(chǎn)生測量誤差的根本原因。
2.1導(dǎo)電回路電阻測量誤差的分析
從斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)上著相關(guān)部件的特性的分析。
2.1.1導(dǎo)流部分
導(dǎo)流部分是由動主觸頭、動弧觸頭、靜主觸頭、靜弧觸頭，上接線端、下接線端及過渡觸頭、壓氣缸及噴嘴、提升桿組成。
動、靜主觸頭是導(dǎo)流部分主要元件，它的工作面均是銅銀復(fù)合材料精制而成，其電阻率小，導(dǎo)電性能強。在相對運動及接觸中，是靠材料彈性強度產(chǎn)生的圓周壓力（裝配公差）組成，它們之間在運動產(chǎn)生的磨損程度，彈性恢復(fù)及接觸靜態(tài)后的圓周壓強（壓力）是會夠成影響斷路器在快合后導(dǎo)流回路接觸電阻值由大變小的主要原因的。
動靜弧觸頭在導(dǎo)流部分中主要作用是在斷路器剛合、分點過程中吸收電弧及高溫熱量，對主靜觸頭起到保護。這是因為在開關(guān)合分過程中，弧觸頭比主觸頭先接觸后斷開其材料是用銅鎢復(fù)合而成；電阻率高于主觸頭的銅銀，導(dǎo)電性能也差于銅銀，通常回路接觸電阻值不反映它的情況。
2.2分析產(chǎn)生的誤差
以上分析討論得知：動靜觸頭接觸情況是夠成接觸電阻“異常”情況的主要原因。它取于： ⑴ 靜主觸頭材料抗沖擊疲勞恢復(fù)程度。體現(xiàn)在彈性強度上，即在動觸頭被快速合后，靜觸頭對動觸頭恢復(fù)彈性愈快。圓周壓力愈大，其二者接觸效果就愈好，反之則不理想。⑵動觸頭在原點的兩處，即靜觸頭與下端過渡觸頭的接觸工作面磨損程度，體現(xiàn)在工作部位的表面鍍銀磨損，劃痕磨損或少許氧化，電解損傷方面上。在長期的工作原點上發(fā)生頻繁運動磨合及損傷是不可避免的。
若是第⑴種情況影響了接觸電阻，輕著可通過改變原點接觸，緩解材料疲勞原點的強度；重則要進行解體大修，更換元件徹底解決。
若是⑵種情況的發(fā)生影響著接觸電阻，則也可通過行程微調(diào)，改變原點接觸，改善工作面，可以達到理想目的。
2.3提高測量精度的措施
以ABB 可抽出式VD4真空斷路器為例，由于高壓開關(guān)柜母線側(cè)靜觸頭一般情況下帶電，所以進行回路電阻測量時需要將斷路器小車推出。而小車推出后斷路器動觸頭松動，影響回路電阻測量。所以需要使用制作專門的銅制棒料（以下簡稱銅棒）代替靜觸頭的作用，即按照靜觸頭的尺寸加工銅棒，使得動觸頭和銅棒之間的接觸情況與動靜觸頭接觸情況相近，來模擬斷路器實際工作狀態(tài)。
表2是未使用銅棒測得回路電阻和使用銅棒后測得回路電阻數(shù)據(jù)對比（同一臺斷路器A相）。
序號
使用銅棒前回路電阻值（μΩ）
使用銅棒后回路電阻值（μΩ）
表2 數(shù)據(jù)對比
可見使用銅棒模擬靜觸頭可以較好的模擬斷路器實際工作狀況。
3 影響測量誤差分析
由測試回路組成，可知測試數(shù)據(jù)包括三個部分之和，即導(dǎo)體電阻、固定接觸面面電阻、活動接觸面電阻之和。其誤差分析如下。
3.1 導(dǎo)體電阻
導(dǎo)體電阻數(shù)值取決于導(dǎo)體材料、導(dǎo)體幾何特征（包括面積、形狀、長度等）、導(dǎo)體的溫度等因素，在材料和幾何特征固定時，其數(shù)值只受溫度的影響，其直流電阻與溫度的關(guān)系為：
Rt2=KRT1k=(235+t2)/（235+t1）
由式可見，其直流電阻與溫度成正比。測量過程中溫度固定，阻值也相對固定。
3.2 固定接觸面接觸電阻
固定接觸面接觸電阻包括集中電阻和表面電阻兩部分。集中電阻為連接體兩端由于形狀不同帶來的電流流線改變而產(chǎn)生的電阻，它只受導(dǎo)體形狀的影響。表面電阻，其影響因素為材質(zhì)、連接面面積、接觸壓力、接觸面的污染。由于運行中的斷路器材質(zhì)、連接面積等已經(jīng)確定、且為螺栓連接，接觸壓力固定，而接觸面污染又是一個漸變過程。綜上所述，該部分電阻可以認為是恒定量。
3.3 活動接觸面接觸電阻
活動接觸面接觸電阻同樣包括集中電阻和表面電阻兩部分。集中電阻相對穩(wěn)定，但表面電阻反應(yīng)活動面的數(shù)值，活動面接觸壓力可能不穩(wěn)定，導(dǎo)致數(shù)值不穩(wěn)定。可以認為：回路總電阻的變化量就等于該部分接觸電阻的變化量。也正因為如此，《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》規(guī)定通過測量斷路器的導(dǎo)電回路電阻來判斷斷路器的設(shè)備狀況。下面對該部分電阻進行具體分析：
觸頭表面磨損，導(dǎo)致表面凸點不斷增多，表面粗糙度增加，導(dǎo)致連接面的有效接觸面積不斷改變，引起表面電阻的變化。
觸頭彈簧由于運行時間過長，導(dǎo)致金屬疲勞，其張力變化引起觸頭壓力的改變，從而引起表面電阻的變化。
觸頭表面磨損過多，超過斷路器形程，從而使觸頭表面達不到額定壓力，繼而引起表面電阻的變化。
觸頭被電弧燒傷，至表面凸點增多和導(dǎo)電性能改變，從而引起表面電阻的變化。
其他因素致表面污染，引起表面電阻的變化。
4 處理措施
