杜 鑫

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一種GIS設備回路電阻測試方法探索與實踐

杜 鑫

（中國南方電網(wǎng)公司調峰調頻發(fā)電公司天生橋水力發(fā)電總廠，貴州興義 562400）

氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）被廣泛運用于電力系統(tǒng)中。在設備安裝及運行過程中，需采用直流壓降法進行主回路電阻的測量，檢查開關、刀閘、導體等連接情況。本文針對如何盡可能分段測量GIS回路電阻，以及如何開展長豎井出線段GIS回路電阻的測試，提出利用其他相母線作為測量回路的方法，以保證測試結果準確的前提下，方便現(xiàn)場實施。此方法對同類型GIS的回路電阻測試具有較強的參考意義。

GIS；回路電阻；測量

氣體絕緣金屬封閉開關設備（以下簡稱GIS）以其結構緊湊、占地面積和空間體積小、運行安全、安裝和維護工作量小、檢修周期長的優(yōu)點，被廣泛運用于電力系統(tǒng)中。但正因為GIS全封閉結構的特點，導致部分設備缺陷無法被有效地發(fā)現(xiàn)和處理，例如母線導體接觸不好、斷路器觸頭拉弧時的損傷等，而這些缺陷可能導致設備運行過程中發(fā)熱燒壞，進而釀成事故。（DL/T 617）《氣體絕緣金屬封閉開關設備技術條件》中規(guī)定GIS在型式試驗、出廠試驗、安裝后的現(xiàn)場試驗等個階段均要開展主回路電阻的測量工作，（Q/CSG 114002—2011）《南方電網(wǎng)公司電力設備預防性試驗規(guī)程》中也要求定期開展GIS導電回路電阻測試，就是為了及時發(fā)現(xiàn)和處理GIS導電回路各連接部分在安裝、運行過程中出現(xiàn)的問題，消除事故隱患。

1 導電回路電阻

GIS的導電回路由若干導體組成，這些導體之間相互接觸連接從而實現(xiàn)導電功能。典型的GIS結構如圖1所示。開關觸頭、刀閘觸頭、設備與母線導體之間有接觸面和連接，GIS母線本身也是由若干段組裝連接而成的，一般都由幾十、幾百處導體連接，大型GIS的導電回路則更加復雜。

GIS導電回路的直流電阻不僅包括導體本身的直流電阻，還包括各種導體接觸面的接觸電阻，統(tǒng)稱為回路電阻。導體本身的電阻取決于導體材料的電阻率和幾何尺寸，同一溫度下一般不會改變；導體接觸面的接觸電阻則受很多因素的影響，比如接觸面的連接型式、受力情況、接觸狀況等[1]。所以，回路電阻的測試更多體現(xiàn)的是導體接觸面接觸電阻的變化情況。而且，從設備安裝質量檢查以及實際運行過程來看，也應該更加關注導體各接觸面電阻的變化。

圖1 典型GIS結構

2 試驗方法

GIS回路電阻試驗有直接測量和間接測量兩種方法。直接測量法使用微歐表或雙臂電橋直接在導體兩端進行測量，儀器輸出的電流太小，不能有效破壞測量接觸點表面的氧化膜，造成較大的測量誤差，現(xiàn)場試驗時不推薦此種方法，間接測量法又稱直流壓降法。要求在導電回路中通一定的直流電流（一般不小于100A），用直流電壓表測量導電回路的電壓降，然后用歐姆定律計算出導電回路的直流電阻。通過試品的電流比較大，足以破壞接觸表面的金屬氧化膜，從而減少了測量誤差，使測得的數(shù)據(jù)比較準確?，F(xiàn)場一般采用該方法，并且將直流電源發(fā)生器、測量表計、計算及顯示單元等集成在回路電阻測試儀中，方便使用。直流壓降法測試的原理圖如圖2所示[2-4]。

圖2 直流壓降法測試原理圖

現(xiàn)場測量接線時，主要利用接地開關回路進行測量。如果接地開關對外殼的連結處有絕緣，打開接地開關的接地連接片，注入電流以及測取電壓就可進行測量；如果接地開關對外殼的連結處沒有絕緣，就首先測量GIS外殼的電阻1，以及回路與外殼并聯(lián)后的電阻值2，然后按照=1×2/(1-2)換算得到導體回路電阻值。

GIS回路電阻試驗前，應先將開關在額定操作電壓、額定氣壓（額定油壓）的狀況下電動分、合幾次，以使觸頭能良好的接觸，從而使測量結果能夠反映真實情況。同時，應盡可能分段對GIS回路電阻進行測量，并確保電壓測量線始終位于電流輸出線的內(nèi)側，且接在被測回路正確的位置上。以圖1所示開關站為例，雙母線220kV GIS某間隔回路電阻測試，間隔停電邊界為DS1、DS2拉開，ES1合上，出線套管引流線解除。接地開關對外殼的連結處有絕緣，此時合上CB、DS3、ES2、ES3，拆除ES2、ES3接地連接板，分別從ES1、ES3處注入電流，從ES1、ES2處取得電壓，如圖3所示。

圖3 直流壓降法測試GIS回路電阻

可以看出，實際測到的是CB+ES1的直流電阻。通過改變電壓、電流線的位置，可以得到各部位的回路電阻，見表1。

表1 GIS各部位回路電阻

在這種測試方式下，無法單獨測得CB、DS3的直流電阻，并且由于現(xiàn)場出線套管段通常較長，特別是對于室內(nèi)型GIS，出線套管在室外，現(xiàn)場接線非常困難。同時，試驗線過長對于測試結果也會帶來影響[5-6]。

3 現(xiàn)場試驗

為盡可能地分段測量GIS回路電阻，同時減少工作量，介紹一種在出線套管處將A、B、C相進行連接，通過其他相的地刀作為測試線接入口，利用其他相導體作為測試線的一部分進行現(xiàn)場測量的方法。此方法不同于利用GIS外殼作為測試載流體的回路電阻測試方法[7-8]。在以往的長母線測試中，隨著GIS安裝長度的增加，主回路電阻測試線長度也必須相應增加，選用一般的測試線進行測試，當測試線中通過100A電流時，測試線的電阻消耗能量，增加了測試導線的損耗，不僅增加現(xiàn)場工作量，還一定程度上影響了測試結果[9-10]。

如圖4所示，為某分相220kV GIS接線，其出線套管段（①—④）分處室內(nèi)和室外，全長超過20m，合上20526、205267、2052617，拆除20526、2052617地刀三相接地連接板的接地端，并保持與接地點有10mm以上的距離。進行A相試驗前，在出線套管處用一根紅線將A、C相短接，用一根黑線將A、B相短接，合上斷路器2052 A相。

圖4 某分相220kV GIS回路電阻測試

以出線套管段（①—④）為例，常規(guī)測試時無法單獨測量出線套管段的回路電阻，在該種接線方式下（圖5），電流回路為②（A相）至①（C相），電壓測量回路為①（A相）至④（B相），其中2052617、④（A相）至④（B相）段中由于不過電流，實際是作為測試線使用，則測試結果為A相出線套管獨立的回路電阻值。

圖5 出線套管段測試接線

通過改變電流、電壓線的位置，可以得到A相各部位的回路電阻，見表2。

可以看出，通過這種接線方式，可以逐段對GIS進行測試，并且測試過程中，僅需在出線套管處將預先布置好的接線排在A、B、C相間進行調換，不用從出線套管處拉電流線至開關站內(nèi)部，大大節(jié)省了工作量，還增加了測量的準確度。

表2 GIS A相各部位回路電阻

4 案例分析

某220kV GIS間隔在預防性試驗過程中，發(fā)現(xiàn)20526 B相回路電阻偏大（圖4），遠遠超過歷史數(shù)據(jù)，為排除其他因素的影響，按照上述試驗方法，對20526、出線套管、2052等各段分別進行了多次測試。測試結果見表3。

表3 GIS B相各部位回路電阻

現(xiàn)場判定20526 B相回路電阻超標，需要開蓋做進一步檢查。開蓋過程中，在導體表面直接對各接觸面回路電阻進行測量，排除了20526刀閘觸頭回路電阻超標，發(fā)現(xiàn)2052617與20526之間的連接導體接觸面回路電阻偏大，該連接導體上用于導體連接的螺栓已燒傷（圖7），拆下該連接導體，發(fā)現(xiàn)連接面上有放電痕跡，局部有燒蝕（圖8）。

圖6 連接導體接觸面

圖7 螺栓燒傷1

圖8 螺栓燒傷2

圖9 接觸面放電痕跡

分析認為，該缺陷的產(chǎn)生的原因是，由于GIS現(xiàn)場組裝工藝不到位，連接螺栓在設備長期運行過程中松動，造成導體接觸面接觸不良，回路電阻增大，引起導體接觸面發(fā)熱以及放電，加劇導體接觸面回路電阻的增大，惡性循環(huán)。幸運的是，通過開展GIS回路電阻測試，成功發(fā)現(xiàn)了該隱患。該試驗方法的現(xiàn)場運用，獨立測試GIS內(nèi)部各段的回路電阻，準確判斷了設備缺陷位置，為現(xiàn)場處理贏得了寶貴時間。

5 結論

GIS回路電阻測試作為GIS設備安裝、運行過程中必須開展的項目，對于設備的安裝質量、運行狀態(tài)評價有重要作用。在設備運行過程中，接觸電阻異常增大可能帶來嚴重事故[11]。

通常將現(xiàn)場測試結果與出廠試驗值或歷史值進行比較，不應有明顯增長，若發(fā)現(xiàn)異常，則應認真分析。因GIS現(xiàn)場開蓋檢修較為復雜，應盡量逐段測試確定數(shù)據(jù)異常點的位置。通過將出線套管進行短接，利用其他相作為測試線的方法進行回路電阻測試，不僅能夠節(jié)約現(xiàn)場測試的人力、物力，而且能夠將GIS各段最小化進行測試，準確定位缺陷部位。

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Measurements Study and Practice on the Resistances in GIS Contact Circuit

Du Xin

(Tianshengqiao Ⅱ Hydropower Station of CSG Power Generation Company, Xingyi, Guizhou 562400)

The Gas Insulated Metal Enclosed Switchgear and Controlgear (GIS) is widely used in the power system, in the equipment installation and operation process, should be used in DC Voltage-Drop method of main circuit resistance measurement, to check the circuit-breaker, disconnecting-switch, the conductor connections. The as far as possible piecewise measuring circuit resistances of GIS, and how to carry out the long shaft line GIS circuit resistances test, put forward using the same interval other bus as a method of measuring circuit, ensure the test results under the premise of accurate and convenient on-site implementation, the same type of GIS in the circuit resistances test has a strong reference value.

GIS; circuit resistances; measurement

杜 鑫（1986-），男，漢族，云南羅平人，工程師，碩士研究生，主要從事電氣設備檢修及試驗工作。