回路電阻測試儀改進(jìn)測量方式經(jīng)驗(yàn)探討
文章引言
從回路電阻測試的發(fā)展角度看，以前普遍采用常規(guī)的QJ44型雙臂直流電橋測量變壓器線圈的直流電阻、高壓斷路器的接觸電阻，而這類電橋的測試電流僅為mA級(jí)，難以發(fā)現(xiàn)變壓器線圈導(dǎo)電回路導(dǎo)體截面積減少的缺陷。在測量高壓開關(guān)導(dǎo)電回路接觸電阻時(shí)，由于受到接觸面和動(dòng)靜觸頭間氧化層的影響，測量偏差大，掩蓋了真實(shí)的接觸電阻值。因此，目前國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)斷路器、隔離開關(guān)接觸電阻的測量電流不小于直流100A。100A或更大的直流電流，根據(jù)產(chǎn)生的壓降來計(jì)算斷路器導(dǎo)電回路的直阻值，從而判斷斷路器導(dǎo)電回路是否存在接觸不良等隱患。
目前采用的測量方法
目前現(xiàn)場試驗(yàn)使用的回路電阻測試儀原理是采用典型的四線制測量法，由高頻開關(guān)電源產(chǎn)生大于100A的直流測試電流，加在被試品兩端，測量出電流流過被測體產(chǎn)生的壓降，采樣電路同時(shí)對(duì)電壓輸入端和內(nèi)部電流分流器電壓進(jìn)行采樣，取得的信號(hào)經(jīng)放大器放大，由A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，再經(jīng)微處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、運(yùn)算、處理，通過計(jì)算電壓值和電流值之比得出被測體的直流電阻值，最后送顯示器顯示出此次測量的電流和電阻值。并可以在當(dāng)電流測試回路出現(xiàn)斷線或接觸不良時(shí)，儀器會(huì)根據(jù)電流分流器上的電壓判斷出電流回路接觸不良或開路。
現(xiàn)有測量方法存在的問題
按照以上常規(guī)設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)的回路電阻測試儀在現(xiàn)場測試時(shí)發(fā)現(xiàn)，都普遍存在一個(gè)問題：當(dāng)測試儀電壓接線回路出現(xiàn)接觸不良或開路時(shí)，測試儀還會(huì)顯示一個(gè)數(shù)值，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下幾種情況：
1）電壓回路開路，測試現(xiàn)場沒有強(qiáng)電場干擾：
這種情況下，由于放大器輸入的差模電壓基本為0，故儀器顯示的測試數(shù)值接近為0，如果測試人員有足夠的現(xiàn)場測試經(jīng)驗(yàn)，可以判斷出是儀器電壓回路測試線異常，將儀器電壓回路測試線異常排除后，可以得出最終正確測試結(jié)果；如果測試人員沒有足夠的現(xiàn)場測試經(jīng)驗(yàn)，有可能會(huì)誤判測試儀出現(xiàn)問題，中斷測試，更換或返修儀器，延誤停電時(shí)間，給測試工作帶來不必要的麻煩。
2）電壓回路接觸不良
大多數(shù)情況下斷路器的接線端子在長期運(yùn)行后端子排外表面會(huì)產(chǎn)生氧化膜或油膜，當(dāng)回路電阻儀的電壓測試鉗夾接到這樣的端子排上時(shí)就可能產(chǎn)生接觸不良，既電壓測試線鉗夾本身也要產(chǎn)生一定的接觸電阻，該接觸電阻值達(dá)到與電壓采樣回路的內(nèi)阻值相當(dāng)時(shí)，將對(duì)測試結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
設(shè)試品電阻為Rx,電壓采樣回路的輸入內(nèi)阻為Ri，電壓測試線鉗夾鉗接電阻為R1，儀器顯示虛假值為Riˊ（假設(shè)電流采樣不受影響）。此時(shí)儀器顯示的測量偽虛假值Riˊ＝Rx×Ri/(R1+Ri)，可見儀器顯示虛假值Riˊ＜斷路器實(shí)際電阻值Rx?？梢钥闯觯捎赗1的存在，使得電壓采樣回路的輸入內(nèi)阻Ri與鉗夾鉗接電阻R1已經(jīng)成為分壓關(guān)系，既R1分壓越多，Ri就分壓越少，儀器顯示的測量值也就越小。假如斷路器的實(shí)際電阻值已超出極限上限值，而測試儀顯示值又在合格范圍內(nèi)，無論試驗(yàn)人員有無現(xiàn)場測試經(jīng)驗(yàn)，都將導(dǎo)致誤判，這種人工無法辨別的誤判，對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行是一種嚴(yán)重威脅。
3）電壓回路開路或接觸不良（開路時(shí)可視接觸電阻R1無窮大），測試現(xiàn)場有較強(qiáng)的電磁干擾，如母線帶電，此時(shí)帶電母線通過以空氣為介質(zhì)的電容，干擾測試儀的兩條電壓測試線，由于干擾的作用使回路測試儀電壓采集線兩端出現(xiàn)差模電壓，隨著干擾程度不同，一般產(chǎn)生如下結(jié)果。
如果干擾較大，會(huì)使回路電阻測試儀顯示出比被試品電阻值大的多的數(shù)值，此時(shí)如果測試人員有足夠的現(xiàn)場測試經(jīng)驗(yàn)也許能夠判斷出測試結(jié)果的異常，能夠引起注意并最終得到正確測試結(jié)果。但如果測試人員沒有足夠的經(jīng)驗(yàn)可能會(huì)誤判開關(guān)回路電阻值超標(biāo)，可能會(huì)采用停電檢修的方法處理缺陷，給電力生產(chǎn)造成不必要的損失。
如果干擾的強(qiáng)度不是很大，儀器顯示值正好在斷路器的合格阻值范圍之內(nèi)，該情形與情況“2）電壓回路接觸不良”產(chǎn)生的結(jié)果相同，同樣會(huì)造成誤判。
利用改進(jìn)型四線制測量法解決以上問題
根據(jù)對(duì)以上問題的分析，提出改進(jìn)四線制測量法，是在典型四線制測量法的基礎(chǔ)上增加一個(gè)輔助的小電流恒流源，并通過繼電器接到典型四線制測量法的電壓V＋、V－測試線上，可以解決目前傳統(tǒng)回路電阻測試儀存在的問題。
該測試原理，測試時(shí)先通過繼電器接點(diǎn)將輔助恒流源接到電壓測試線的兩端，電壓測試線通過試品電阻構(gòu)成回路。當(dāng)電壓線接于斷路器端子排后，小電流恒流源若工作在恒流狀態(tài)下，則整個(gè)電壓回路的電阻比較小，電壓測試端測試的電壓值較小，此時(shí)警告提示信號(hào)不啟動(dòng)，表明電壓線鉗夾與斷路器端子排接觸良好；如果電壓線接于斷路器端子排后，小電流恒流源不能工作在恒流狀態(tài)，電壓測試端測試的電壓值很大，接近小電流恒流源的開路電壓，則可以判斷電壓線接觸不良，此時(shí)啟動(dòng)警告提示信號(hào)，提醒測試人員處理接觸異常。
而后通過繼電器斷開輔助的小電流恒流源，再接通大電流恒流源給試品加電測試，通過采集電壓電流的數(shù)值，計(jì)算試品的電阻值。此時(shí)測出的數(shù)值一定是試品的真實(shí)的電阻值，杜絕了虛假數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。即使現(xiàn)場有較強(qiáng)電場干擾，由于電壓回路中的電阻很小，感應(yīng)到電壓測試端的電壓為共模電壓，本產(chǎn)品通過電容接地的方式將這個(gè)交流共模干擾降到很低，不會(huì)對(duì)測試精度產(chǎn)生影響。
小電流恒流源還可以擊穿一些較輕微的氧化膜或油膜，自動(dòng)改變接觸狀況，可以節(jié)省處理時(shí)間，提高了測試效率。以上表明自動(dòng)判斷和提示功能大大提高了測試準(zhǔn)確性和提高了生產(chǎn)效率，是現(xiàn)場試驗(yàn)人員快速解決問題的可靠依靠。
現(xiàn)場應(yīng)用
通過與設(shè)備生產(chǎn)廠家合作，2010年改進(jìn)型回路電阻測試儀在現(xiàn)場進(jìn)行了試驗(yàn)，共采納數(shù)據(jù)500組（每一個(gè)開關(guān)斷口的測試為一組測試數(shù)據(jù)），其中有42次提示“電壓回路開路或接觸不良”，避免了虛假數(shù)據(jù)帶來的誤判，糾錯(cuò)率為8.4％。試驗(yàn)人員重新檢查接線后，測試數(shù)據(jù)結(jié)果正常。其余均一次測試成功，測試結(jié)果符合要求，重復(fù)測試時(shí)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性符合斷路器試驗(yàn)的要求。
文章結(jié)語
通過原理分析和實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)，采用改進(jìn)型四線制測量法的斷路器回路電阻測試儀，可解決由于電壓線接觸不良產(chǎn)生的誤判、虛假數(shù)據(jù)等問題，使測試數(shù)據(jù)更趨于穩(wěn)定可靠，有可能應(yīng)用于今后的儀器升級(jí)改造中。
信息整理：揚(yáng)州拓普電氣科技有限公司 信息來源：ewkbg.com
從回路電阻測試的發(fā)展角度看，以前普遍采用常規(guī)的QJ44型雙臂直流電橋測量變壓器線圈的直流電阻、高壓斷路器的接觸電阻，而這類電橋的測試電流僅為mA級(jí)，難以發(fā)現(xiàn)變壓器線圈導(dǎo)電回路導(dǎo)體截面積減少的缺陷。在測量高壓開關(guān)導(dǎo)電回路接觸電阻時(shí)，由于受到接觸面和動(dòng)靜觸頭間氧化層的影響，測量偏差大，掩蓋了真實(shí)的接觸電阻值。因此，目前國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)斷路器、隔離開關(guān)接觸電阻的測量電流不小于直流100A。100A或更大的直流電流，根據(jù)產(chǎn)生的壓降來計(jì)算斷路器導(dǎo)電回路的直阻值，從而判斷斷路器導(dǎo)電回路是否存在接觸不良等隱患。
目前采用的測量方法
目前現(xiàn)場試驗(yàn)使用的回路電阻測試儀原理是采用典型的四線制測量法，由高頻開關(guān)電源產(chǎn)生大于100A的直流測試電流，加在被試品兩端，測量出電流流過被測體產(chǎn)生的壓降，采樣電路同時(shí)對(duì)電壓輸入端和內(nèi)部電流分流器電壓進(jìn)行采樣，取得的信號(hào)經(jīng)放大器放大，由A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，再經(jīng)微處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、運(yùn)算、處理，通過計(jì)算電壓值和電流值之比得出被測體的直流電阻值，最后送顯示器顯示出此次測量的電流和電阻值。并可以在當(dāng)電流測試回路出現(xiàn)斷線或接觸不良時(shí)，儀器會(huì)根據(jù)電流分流器上的電壓判斷出電流回路接觸不良或開路。
現(xiàn)有測量方法存在的問題
按照以上常規(guī)設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)的回路電阻測試儀在現(xiàn)場測試時(shí)發(fā)現(xiàn)，都普遍存在一個(gè)問題：當(dāng)測試儀電壓接線回路出現(xiàn)接觸不良或開路時(shí)，測試儀還會(huì)顯示一個(gè)數(shù)值，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下幾種情況：
1）電壓回路開路，測試現(xiàn)場沒有強(qiáng)電場干擾：
這種情況下，由于放大器輸入的差模電壓基本為0，故儀器顯示的測試數(shù)值接近為0，如果測試人員有足夠的現(xiàn)場測試經(jīng)驗(yàn)，可以判斷出是儀器電壓回路測試線異常，將儀器電壓回路測試線異常排除后，可以得出最終正確測試結(jié)果；如果測試人員沒有足夠的現(xiàn)場測試經(jīng)驗(yàn)，有可能會(huì)誤判測試儀出現(xiàn)問題，中斷測試，更換或返修儀器，延誤停電時(shí)間，給測試工作帶來不必要的麻煩。
2）電壓回路接觸不良
大多數(shù)情況下斷路器的接線端子在長期運(yùn)行后端子排外表面會(huì)產(chǎn)生氧化膜或油膜，當(dāng)回路電阻儀的電壓測試鉗夾接到這樣的端子排上時(shí)就可能產(chǎn)生接觸不良，既電壓測試線鉗夾本身也要產(chǎn)生一定的接觸電阻，該接觸電阻值達(dá)到與電壓采樣回路的內(nèi)阻值相當(dāng)時(shí)，將對(duì)測試結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
設(shè)試品電阻為Rx,電壓采樣回路的輸入內(nèi)阻為Ri，電壓測試線鉗夾鉗接電阻為R1，儀器顯示虛假值為Riˊ（假設(shè)電流采樣不受影響）。此時(shí)儀器顯示的測量偽虛假值Riˊ＝Rx×Ri/(R1+Ri)，可見儀器顯示虛假值Riˊ＜斷路器實(shí)際電阻值Rx?？梢钥闯觯捎赗1的存在，使得電壓采樣回路的輸入內(nèi)阻Ri與鉗夾鉗接電阻R1已經(jīng)成為分壓關(guān)系，既R1分壓越多，Ri就分壓越少，儀器顯示的測量值也就越小。假如斷路器的實(shí)際電阻值已超出極限上限值，而測試儀顯示值又在合格范圍內(nèi)，無論試驗(yàn)人員有無現(xiàn)場測試經(jīng)驗(yàn)，都將導(dǎo)致誤判，這種人工無法辨別的誤判，對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行是一種嚴(yán)重威脅。
3）電壓回路開路或接觸不良（開路時(shí)可視接觸電阻R1無窮大），測試現(xiàn)場有較強(qiáng)的電磁干擾，如母線帶電，此時(shí)帶電母線通過以空氣為介質(zhì)的電容，干擾測試儀的兩條電壓測試線，由于干擾的作用使回路測試儀電壓采集線兩端出現(xiàn)差模電壓，隨著干擾程度不同，一般產(chǎn)生如下結(jié)果。
如果干擾較大，會(huì)使回路電阻測試儀顯示出比被試品電阻值大的多的數(shù)值，此時(shí)如果測試人員有足夠的現(xiàn)場測試經(jīng)驗(yàn)也許能夠判斷出測試結(jié)果的異常，能夠引起注意并最終得到正確測試結(jié)果。但如果測試人員沒有足夠的經(jīng)驗(yàn)可能會(huì)誤判開關(guān)回路電阻值超標(biāo)，可能會(huì)采用停電檢修的方法處理缺陷，給電力生產(chǎn)造成不必要的損失。
如果干擾的強(qiáng)度不是很大，儀器顯示值正好在斷路器的合格阻值范圍之內(nèi)，該情形與情況“2）電壓回路接觸不良”產(chǎn)生的結(jié)果相同，同樣會(huì)造成誤判。
利用改進(jìn)型四線制測量法解決以上問題
根據(jù)對(duì)以上問題的分析，提出改進(jìn)四線制測量法，是在典型四線制測量法的基礎(chǔ)上增加一個(gè)輔助的小電流恒流源，并通過繼電器接到典型四線制測量法的電壓V＋、V－測試線上，可以解決目前傳統(tǒng)回路電阻測試儀存在的問題。
該測試原理，測試時(shí)先通過繼電器接點(diǎn)將輔助恒流源接到電壓測試線的兩端，電壓測試線通過試品電阻構(gòu)成回路。當(dāng)電壓線接于斷路器端子排后，小電流恒流源若工作在恒流狀態(tài)下，則整個(gè)電壓回路的電阻比較小，電壓測試端測試的電壓值較小，此時(shí)警告提示信號(hào)不啟動(dòng)，表明電壓線鉗夾與斷路器端子排接觸良好；如果電壓線接于斷路器端子排后，小電流恒流源不能工作在恒流狀態(tài)，電壓測試端測試的電壓值很大，接近小電流恒流源的開路電壓，則可以判斷電壓線接觸不良，此時(shí)啟動(dòng)警告提示信號(hào)，提醒測試人員處理接觸異常。
而后通過繼電器斷開輔助的小電流恒流源，再接通大電流恒流源給試品加電測試，通過采集電壓電流的數(shù)值，計(jì)算試品的電阻值。此時(shí)測出的數(shù)值一定是試品的真實(shí)的電阻值，杜絕了虛假數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。即使現(xiàn)場有較強(qiáng)電場干擾，由于電壓回路中的電阻很小，感應(yīng)到電壓測試端的電壓為共模電壓，本產(chǎn)品通過電容接地的方式將這個(gè)交流共模干擾降到很低，不會(huì)對(duì)測試精度產(chǎn)生影響。
小電流恒流源還可以擊穿一些較輕微的氧化膜或油膜，自動(dòng)改變接觸狀況，可以節(jié)省處理時(shí)間，提高了測試效率。以上表明自動(dòng)判斷和提示功能大大提高了測試準(zhǔn)確性和提高了生產(chǎn)效率，是現(xiàn)場試驗(yàn)人員快速解決問題的可靠依靠。
現(xiàn)場應(yīng)用
通過與設(shè)備生產(chǎn)廠家合作，2010年改進(jìn)型回路電阻測試儀在現(xiàn)場進(jìn)行了試驗(yàn)，共采納數(shù)據(jù)500組（每一個(gè)開關(guān)斷口的測試為一組測試數(shù)據(jù)），其中有42次提示“電壓回路開路或接觸不良”，避免了虛假數(shù)據(jù)帶來的誤判，糾錯(cuò)率為8.4％。試驗(yàn)人員重新檢查接線后，測試數(shù)據(jù)結(jié)果正常。其余均一次測試成功，測試結(jié)果符合要求，重復(fù)測試時(shí)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性符合斷路器試驗(yàn)的要求。
文章結(jié)語
通過原理分析和實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)，采用改進(jìn)型四線制測量法的斷路器回路電阻測試儀，可解決由于電壓線接觸不良產(chǎn)生的誤判、虛假數(shù)據(jù)等問題，使測試數(shù)據(jù)更趨于穩(wěn)定可靠，有可能應(yīng)用于今后的儀器升級(jí)改造中。
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