0 引言
當(dāng)前，電力系統(tǒng)規(guī)模在不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備的電壓等級(jí)也在不斷升高，因此對(duì)于變電站內(nèi)設(shè)備的穩(wěn)定可靠運(yùn)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(yīng)用*為廣泛的重要變電設(shè)備，在改變系統(tǒng)運(yùn)行方式、隔離電源、停電檢修中均起著重要作用［4-7］。然而，當(dāng)前逐漸普及應(yīng)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(diǎn)會(huì)導(dǎo)致變電運(yùn)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(dǎo)致主接觸電阻異常增大，進(jìn)而引發(fā)其他故障，并且斷路器合閘電阻在多次動(dòng)作后，會(huì)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(dǎo)電回路接觸電阻會(huì)因動(dòng)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(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生
熔焊產(chǎn)生拉弧，引發(fā)事故［13］。另外，當(dāng)變電站內(nèi)電氣設(shè)備導(dǎo)電回路連接件的搭接面接觸**時(shí)，其接觸電阻將會(huì)增大，引起搭接處發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)設(shè)備運(yùn)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(dǎo)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(fù)荷、必要時(shí)還應(yīng)安排緊急停電進(jìn)行處理，嚴(yán)重降低系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性和可靠性［16-17］。因此開展變電站內(nèi)設(shè)備導(dǎo)通回路及搭接面的電阻測(cè)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(yù)防性試驗(yàn)、交接試驗(yàn)以及例行試驗(yàn)中均需要準(zhǔn)確測(cè)量回路阻值［18］。
但是，在變電檢修現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量回路電阻過程中，常常會(huì)出現(xiàn)測(cè)量結(jié)果與實(shí)際不相符，而且回路電阻值試驗(yàn)重復(fù)性較差等情況。文獻(xiàn)［19-20］針對(duì)回路電阻測(cè)試儀在校驗(yàn)、測(cè)量過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行了分析并提出了相應(yīng)的處理辦法。文獻(xiàn)［21］通過優(yōu)化隔離開關(guān)回路測(cè)量試驗(yàn)接線，解決了變電站中強(qiáng)磁場(chǎng)干擾對(duì)測(cè)量回路電阻的影響。文獻(xiàn)［22］則是對(duì)回路電阻測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證和分析，從而得出正確的數(shù)據(jù)診斷結(jié)果，解決了測(cè)量數(shù)據(jù)重復(fù)性差的問題。文獻(xiàn)［23］在對(duì)比了常規(guī)測(cè)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(yīng)用于GIS設(shè)備主回路電阻測(cè)量，以提高GIS回路電阻測(cè)量的可靠性。
綜上，目前變電檢修中的回路電阻測(cè)量研究主要集中于故障原因分析、量測(cè)數(shù)據(jù)處理與測(cè)量方法改進(jìn)方面，較少關(guān)注待測(cè)電阻兩側(cè)的接地回路對(duì)于測(cè)量結(jié)
果的影響。因此，本文首先論述了回路電阻測(cè)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(shí)際出發(fā)，研究變電站內(nèi)設(shè)備間隔停電試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)待測(cè)電阻兩側(cè)的接地回路對(duì)于測(cè)量結(jié)果的影響，基于 Multisim14.1對(duì)典型停電檢修場(chǎng)景搭建了電氣模型進(jìn)行仿真分析，*終總結(jié)了接地回路對(duì)于測(cè)量結(jié)果影響的一般性結(jié)論。
1 回路電阻測(cè)量基本原理及影響因素分析
1.1 回路電阻測(cè)試基本工作原理
過去常常采用雙臂直流電橋來進(jìn)行回路電阻測(cè)量，然而其測(cè)量電流級(jí)數(shù)較小，同時(shí)在測(cè)量的過程中還容易受到動(dòng)、靜觸點(diǎn)與油膜間氧化層的影響。因此，較難發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電回路導(dǎo)體截面積減少的現(xiàn)象，而且阻值過大還會(huì)導(dǎo)致接觸電阻真實(shí)值被掩蓋。因此在當(dāng)前的變電檢修工作中，一般采用回路電阻測(cè)試儀來測(cè)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(shí)，根據(jù)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的要求，測(cè)量斷路器和隔離開關(guān)的回路電阻時(shí)，采用直流壓降法，且電流不小于100 A。
目前，市場(chǎng)上大部分回路電阻測(cè)試儀均采用典型的四線制測(cè)量方法，圖1為回路電阻測(cè)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(shí)現(xiàn)測(cè)量工作，并可進(jìn)行顯示與存儲(chǔ)。其能夠在長(zhǎng)時(shí)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(dá)0.01 μΩ。不但能擊穿搭接處的氧化膜，而且可以實(shí)現(xiàn)電阻的穩(wěn)定測(cè)量。在測(cè)試環(huán)境干擾嚴(yán)重的情況下，儀器的顯示讀數(shù)依然具有重復(fù)性和穩(wěn)定性，測(cè)試結(jié)果也較為準(zhǔn)確。
式（1）中：Rx，Ux和Ix分別為待測(cè)電阻、待測(cè)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(fù)端。
回路電阻測(cè)試儀采用直流壓降法，基本測(cè)量原理為直流電路的歐姆定律，如式1所示?；芈冯娮铚y(cè)試儀基本原理圖如圖2所示。在儀器單片機(jī)的計(jì)算公式中的電壓Ux取的是待測(cè)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(cè)電阻的阻值，且不包括測(cè)試導(dǎo)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(cè)試電流，將采樣電路獲取的信號(hào)通過放大器進(jìn)行放大后。由A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后在微處理器內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、運(yùn)算及處理，*后送至液晶屏顯示所用的測(cè)量電流及測(cè)得的阻值。
1.2 回路電阻測(cè)試的影響因素分析
根據(jù)回路電阻測(cè)試儀在變電檢修中的接線方式可知，其測(cè)試回路主要包括導(dǎo)體、固定接觸面和活動(dòng)接觸面的電阻。然而在具體測(cè)量過程中，其測(cè)量結(jié)果還會(huì)受到接地回路的影響。
1.2.1 導(dǎo)體電阻
一般情況下，回路電阻測(cè)試儀測(cè)得的電阻主要為導(dǎo)體本身的電阻，而導(dǎo)體電阻主要受到材料、幾何特征和導(dǎo)體實(shí)時(shí)溫度的影響［25］。而在實(shí)際測(cè)量時(shí)，其數(shù)值僅受溫度的影響。導(dǎo)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(dǎo)體和鋁導(dǎo)體在 t2 時(shí)的電阻，RCu，t1，RAl，t1 分別為銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體在 t1 時(shí)的電阻，KCu，KAl分部為銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體的溫度系數(shù)。
不 妨 取 t1 = 25，t2 = 30，易 得 KCu = 1.019，KAl =1.020。可見，盡管導(dǎo)體電阻與溫度成正比關(guān)系，但是由于測(cè)試過程中，溫度相對(duì)穩(wěn)定，實(shí)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(dòng)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(dǎo)體形狀差異導(dǎo)致的電流流
線變化，影響因素只有導(dǎo)體形狀。表面電阻的影響因素包含導(dǎo)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(yùn)行中設(shè)備的上述幾個(gè)因素幾乎不變，因此其固定接觸面電阻幾乎不會(huì)有太大變化。然而，盡管活動(dòng)接觸面的集中電阻相對(duì)穩(wěn)定，但其表面電阻反映了活動(dòng)面的數(shù)值，活動(dòng)面接觸壓力的不穩(wěn)定，也會(huì)導(dǎo)致活動(dòng)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(huì)在檢修間隔內(nèi)的檢修設(shè)備兩側(cè)合上相應(yīng)的接地刀閘或者掛接地線，以保障檢修人員免受感應(yīng)電的侵害。然而，接地刀閘合上后，接地回路的存在將會(huì)對(duì)設(shè)備導(dǎo)通回路電阻或者搭接面電阻的測(cè)量產(chǎn)生一定的影響。
35 kV母線壓變間隔如圖3所示，在對(duì)該35 kV母線壓變停電檢修時(shí)，隔離開關(guān)將會(huì)打開，兩側(cè)接地刀閘合上以保障檢修人員安全。此時(shí)，若對(duì)隔離開關(guān)的回路導(dǎo)體電阻或者對(duì)部分搭接排的電阻進(jìn)行測(cè)試，接地回路將會(huì)對(duì)回路電阻儀的測(cè)量回路產(chǎn)生直接影響。圖4 為隔離開關(guān)導(dǎo)通回路電阻測(cè)試接線圖，此時(shí)回路電阻測(cè)試儀測(cè)量電流的計(jì)算方法如式（3）所示。儀器測(cè)得的電流不僅包括了流經(jīng)待測(cè)電阻的電流，還包括了流經(jīng)接地回路的電流?；芈冯娮铚y(cè)試儀測(cè)得的測(cè)量值R'x 計(jì)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(cè)試儀所測(cè)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(rèn)為接地回路的電阻較大（mΩ級(jí)），相較于所測(cè)量的μΩ級(jí)，產(chǎn)生的影響有限，往往可以忽略接地回路對(duì)于測(cè)量結(jié)果的影響。然而，此論斷是出于定性的現(xiàn)場(chǎng)歷史經(jīng)驗(yàn)判斷，而非定量的仿真結(jié)果。并且隨著對(duì)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(shí)，其將對(duì)回路電阻測(cè)量值產(chǎn)生的影響可能是不可忽視。另外一方面，當(dāng)采用直流壓降法對(duì)GIS在長(zhǎng)母線回路電阻測(cè)試時(shí)，往往需要拆除兩側(cè)接地排的一端，以消除并聯(lián)支路對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響?？梢娊拥鼗芈返挠绊憣?duì)長(zhǎng)回路的電阻測(cè)量產(chǎn)生直接影響，所以學(xué)者們提出了分段檢測(cè)、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(cè)量效率和準(zhǔn)確性［26-30］。但是，當(dāng)前對(duì)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(duì)回路電阻測(cè)試儀測(cè)量的影響這一實(shí)際問題，針對(duì)500 kV變電站內(nèi)典型停電間隔場(chǎng)景，搭建常見設(shè)備的導(dǎo)通回路電阻以及搭接
面回路電阻測(cè)試模型，并針對(duì)接地回路電阻進(jìn)行靈敏度定量分析，總結(jié)歸納出接地回路對(duì)回路電阻測(cè)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(duì)1號(hào)低抗、2號(hào)電容器、1號(hào)站用變和I母PT間隔內(nèi)設(shè)
備進(jìn)行仿真分析?？紤]接地回路電阻的影響，測(cè)量部分隔離開關(guān)、斷路器的導(dǎo)通回路電阻以及部分搭接面電阻，并針對(duì)接地網(wǎng)電阻進(jìn)行相應(yīng)的靈敏度分析。本文忽略導(dǎo)線的電阻，圖中部分設(shè)備參數(shù)如下：斷路器導(dǎo)通回路電阻為30 μΩ，隔離開關(guān)導(dǎo)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(cè)試儀測(cè)量隔離開關(guān)和斷路器導(dǎo)通回路和待測(cè)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(shí)現(xiàn)回路電阻測(cè)試儀的功能。
2.2.1 1號(hào)低抗間隔
圖6為1號(hào)低抗搭接面回路電阻仿真圖，由于斷路器導(dǎo)通電阻與搭接面回路電阻相近，因此這里僅對(duì)搭接面1在接地刀閘合分兩種狀態(tài)下分別進(jìn)行回路電阻
測(cè)量。測(cè)量值為 I x=100 A，Ux=2 mV，Rx=20 μΩ，結(jié)果表明實(shí)測(cè)值與測(cè)量值一致。盡管此時(shí)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(yuǎn)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(huì)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(shí)，合上接地刀閘后，結(jié)果無變化）。
2.2.2 2號(hào)電容器間隔
圖7為2號(hào)電容器間隔的回路電阻仿真圖，這里分別對(duì)搭接面1與搭接面2分別進(jìn)行回路電阻測(cè)試，結(jié)果表明：
1）搭接面1的回路電阻測(cè)試同1號(hào)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(huì)影響到回路電阻的測(cè)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(dǎo)通，因此接地刀閘的合分狀態(tài)也不會(huì)影響到回
路電阻的測(cè)量值變化。
