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一种直流换流阀阀塔母排电阻测试装置研制与现场应用分析

  :接触电阻作为设备电气参数中重要的特性指标之一,它是供电异常早起警告的关键信息,也是电力系统性能和衰变的最可靠的指标。在评估可靠性和预测大多数类型的电力连接中,接触电阻的稳定性测试是最有效的。如果电阻过大的话,将打破原来的热平衡,加大接触部分的温升,从而带来导电体电阻率的增加,进一步增加发热量,长时间工作在这样的大电流状况下,会引起接触面的氧化老化,造成设备故障。目前存在问题:母排连接点接触电阻比较小,它的回路电阻一般是微欧级的小电阻,一般在几到几百微欧之间,普通的电阻测试仪,测量数据偏差大,不能精准的判断设备的运营情况。因此,需研制出一种微欧级的母排接触电阻测试装置,替代原来较大型的电阻测试仪,显得尤为关键和重要。
关键词接触电阻;电阻测试仪;误差因素。
Development of DC resistance tester and analysis of new testing method
Li Youyou 1, Li Yang 1
EHV Transmission Companies Dali Office of China Southern Power Grid,Dali 671000;
Abstract: In the process of power system renewal in modern power industry, DC resistance tester is a widely used measuring instrument, which can quickly measure the DC resistance of transformer windings, switching equipment, transformers and other power equipment. However, in the use of DC resistance tester, it is also necessary to test its measurement accuracy to ensure its scientific application. In this paper, the importance of DC resistance tester detection is analyzed, the common detection error factors in the detection process are put forward, and the new detection method is studied to ensure the accuracy of DC resistance tester measurement.
Key words:DC resistance tester; New detection method; Error factors.

0 研究背景
电阻测试仪是应用于电力系统变压器交接、大修、改变分接开关等电力改造工程中必不可少的试验项目测量仪器,相较于传统的电桥法和压降法测量,电阻测试仪具有测量效率高、便于携带、测量结果精准的应用优势,因此在电力系统的直流电阻测试中得到了广泛应用。但是在新时期电阻测试仪使用中,对测试仪器的精度及准确度要求更高,以充分保证其设备运行状态和测量精准性。
电力设备检修试验规程规定:换流阀检修需对载流母线全部连接螺栓按80%安装力矩进行紧固校验,并对接触电阻进行测试。接触电阻作为设备电气参数中重要的特性指标之一,它是供电异常早起警告的关键信息,也是电力系统性能和衰变的最可靠的指标。在评估可靠性和预测大多数类型的电力连接中,接触电阻的稳定性测试是最有效的。如果电阻过大的话,将打破原来的热平衡,加大接触部分的温升,从而带来导电体电阻率的增加,进一步增加发热量,长时间工作在这样的大电流状况下,会引起接触面的氧化老化,造成设备故障。目前存在问题:母排连接点接触电阻比较小,它的回路电阻一般是微欧级的小电阻,一般在几到几百微欧之间,普通的电阻测试仪,测量数据偏差大,不能精准的判断设备的运营情况。因此,需研制出一种微欧级的母排接触电阻测试装置,替代原来较大型的电阻测试仪,显得尤为关键和重要。
1 电阻测试仪检测误差因素
在对电阻测试仪进行检测时,传统的测量方法主要是采用大功率模拟直流电阻标准电阻器对电阻测试仪的运行状态进行检测,虽然能够在一定程度上完成对电阻测试仪的检测,但是在实际测量过程中,检定接线程序较为复杂,并且在实际检测过程中也面临着检测波纹无法消除的现实情况,这就给电阻测试仪的使用造成了不利影响,不利于电力系统革新改造。在通过大功率模拟直流标准电阻器对电阻测试仪进行检测时,导致其检测结果的误差因素主要包含以下几个方面:
第一,设备误差因素。在通过大功率模拟直流电阻标准电阻器对电阻测试仪进行检测时,大功率模拟直流电阻标准电阻器设备作为检测工作的核心结构,其设备本身的运行状态就会对检测工作产生直接性影响。在实际检测过程中,大功率模拟直流电阻标准电阻器是通过电流比较仪式或者电子式两种电阻模拟形式进行检测的,而在对电阻测试仪检测时,检测电流往往会从几安到几百安,而大功率模拟直流电阻标准电阻器只有在电流30A以内时,才能充分保证其检测结果的精准性,一旦检测电流超过30A,大功率模拟直流电阻标准电阻器就会受自身受功率、热稳定性等多方面的影响,导致其准确度严重下降,导致检测误差的出现。
第二,操作因素误差。在通过大功率模拟直流电阻标准电阻器对电阻测试仪进行检测时,检测技术操作流程的规范性也直接决定了检测结果的精准性。在实际检测过程中,如果测量技术人员存在检测技术行为不规范的现实情况,例如测量接线处理不足、测量结果处理不科学,都会对检测结构的精确性产生直接影响,导致检测误差的出现,难以保证电阻测试仪实际应用中对变压器绕组电阻测量结果的高精度。
第三,环境因素误差。在使用大功率模拟直流电阻标准电阻器开展电阻测试仪的检测过程中,对于检测环境的把握与控制也是极为必要的,为了充分保证且检测过程中不会受外界环境因素影响,需要在常温状态下进行检验。在检验过程中,需要保证接线导体温度与环境温度相平衡,如果环境温度较低,就会对检测中使用的连接线路导体产生环境因素影响,进而对整体的测试结果造成误差。因此在通过大功率模拟直流电阻标准电阻器对电阻测试仪进行检测时,也需要高度重视对检测环境的控制,避免因为检测环境问题对检测结果产生误差影响。
2便携式阀塔母排电阻测试仪设计研制
2.1 结构设计
本仪器操作面板采用人体工学设计,符合操作习惯,采用高频开关电源和数字电路技术,适用于阀塔母排电阻的测量。本装置可自适应选择测试电流开展电阻测试,测试结果用液晶LCD显示,并有数据存储、输出打印、时间设置等功能;测试精度为:0.01μΩ分辨率,符合DL/T845.4—2004《电阻测量装置通用技术条件:回路电阻测试仪》、JJG1052-2009《回路电阻测试仪、直阻仪检定规程》作出对测量母排电阻测试相关要求。
设计如图1、图2、图3所示:
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图1   电阻测试仪整体设计图
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图2   电阻测试仪尺寸图
 

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图3   电阻测试仪面板结构图

图3中的标记说明:1、微型打印机 2、接地柱 3、电流输出I+ 4、测量输入U+ 5、测量输入U- 6、电流输出I- 7、对比度调节 8、旋转鼠标 9、复位按钮10、液晶屏 11、电源开关 12、电源插座 13、USB接口
装置特点如下:
(1)大电流:采用最新开关电源技术,能长时间连续输出大电流,克服了脉冲式电源瞬间电流的弊端,可以有效的击穿开关触头氧化膜,得到良好的测试结果。
(2)高稳定性:在严重干扰条件下,液晶屏数据能稳定,重复性好。
(3)高精度:采用最新数字信号处理技术,最高分辨力达到0.01μΩ,目前国内唯一能达到0.01μΩ分辨力且十分稳定的接触电阻测试仪。
(4)智能化强:测量时装置根据信号大小自动切换量程,确保该装置的测试准确度。过温保护电路能够在仪器超过设定温度时自动停止输出电流,确保仪器的安全使用。
(5)功能强:电流可自由选择,测试时间可在5s~599s内任意设定,克服了其他同类仪器无法设定测量时间或连续工作时间过短的缺陷,远远超过了其他同类仪器的性能。
(6)人机界面友好:通过旋转鼠标输入数据,方便快捷,可以自主设置仪器日期、时间,实时保存测量数据,即时打印测量结果。
(7)USB转存:能够通过USB接口将测量数据转存到U盘,结合上位机软件对测量数据进一步分析处理。
(8)使用方便:体积小、重量轻,便于携带。
2.2工作原理
本仪器采用电流电压法测试原理,也称四线法测试技术,原理方框图见图4。
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图4  测试原理图
电流源输出恒定电流流过标准电阻R0和待测电阻Rx。采样标准电阻R0上的电压信号U0,经滤波放大处理后送入AD转换为数字量,进而计算出电流值I,见公式(1)。同样,采样待测电阻Rx上的电压信号Ux,经滤波、多级放大处理后送入AD转换为数字量,通过公式(2)计算出电阻值Rx。
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  (1)

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(2)
2.3正确接线方式
按图5所示接线方法正确接线。
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图5  四端子接线图
注意:
①仪器面板与测试线的连接处应扭紧,不得有松动现象。
②应按照四端子法接线,即电流线应夹在被试品的外侧,电压线应夹在被试品的内侧,电流与电压必须同极性。
2.4现场使用情况及改进方向
1、现场选取两种测试样品对仪器进行测试,分别为母排、标准电阻。
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图6  试品1母排电阻测试情况
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图7   试品2标准电阻测试情况
上述测试中:试品1母排电阻测试测试接触电阻值为7.53μΩ,符合测量分辨率;
试品2标准电阻为75mv,200A电阻,测试结果为376.80μΩ,误差为:(376.80-375)/375*100%=0.48%<0.5%,符合设计要求。
2、通过以上测试,本装置与现有电阻测试仪对比情况如表1所示
  阀塔母排电阻测试仪参数 现有回路电阻测试仪参数
输出电流 自动模式下智能选择,手动模式下8挡可选 非智能调节,100A、200A两档
最高分辨率 0.01μΩ 0.1μΩ
过温保护 具备过温自保护功能
测试时间选择 5s~599s内任意设定 5~60s内任意设定
数据存储 数据存储高达200条 数据存储为20条
便携性 质量5Kg 质量8Kg
总结 通过输出电流、最高分辨率、过温保护、测试时间选择、数据存储、便携性等参数对比,结果表明,阀塔母排电阻测试仪指标均优于现有回阻测试仪参数。
表1 与现有回路电阻测试仪参数对比情况
3、后续研究重点方向:
1)进一步对测试仪器便携性开展深入研究并优化;
2)对国内外同类仪器测试精度进行比较分析,明确设备优势及创新点;
3)对仪器接线做进一步优化,进一步提高仪器接线效率。
3 结语
本项目研制的阀塔母排电阻测试仪,开展测试时仪器可智能选择电流值及测试时间进行一键测试,缩短仪器操作时间,方便了阀塔母排电阻测试检修作业,仪器分辨率高达0.01μΩ,提高母排电阻测试的准确性,实用性强,仪器质量仅为5kg,质量较轻,携带方便,具备推广价值。
 
参考文献
[1]魏倩. 浅谈电阻测试仪的新检测方法的研究[J]. 中国标准化, 2017(8).17-17.
[2]丛晶. 变压器电阻测试仪的改造及应用[J]. 机电信息, 2017, No.534(36):95-96.
[3]贾岩龙. 浅谈电阻测试仪的新检测方法的研究[J]. 百科论坛电子杂志, 2019, 000(008):686-687.作者简介:李有有(1992-),男,学士,助理工程师,中国南方电网有限责任公司超高压输电公司大理局,主要从事直流系统设备运维工作,(Tel)15877727319(e-mail)2421688338@qq.com。
李阳(1992-),男,学士,助理工程师,中国南方电网有限责任公司超高压输电公司大理局,主要从事直流控制保护系统、换流阀及阀冷系统检修工作,(Tel)18760968020(e-mail)1053125623@qq.com。
 
 
 
 

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