回路電阻測試儀改進測量方式經驗探討
文章引言
從回路電阻測試的發展角度看，以前普遍采用常規的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，難以發現變壓器線圈導電回路導體截面積減少的缺陷。在測量高壓開關導電回路接觸電阻時，由于受到接觸面和動靜觸頭間氧化層的影響，測量偏差大，掩蓋了真實的接觸電阻值。因此，目前國家標準規定對斷路器、隔離開關接觸電阻的測量電流不小于直流100A。100A或更大的直流電流，根據產生的壓降來計算斷路器導電回路的直阻值，從而判斷斷路器導電回路是否存在接觸不良等隱患。
目前采用的測量方法
目前現場試驗使用的回路電阻測試儀原理是采用典型的四線制測量法，由高頻開關電源產生大于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生的壓降，采樣電路同時對電壓輸入端和內部電流分流器電壓進行采樣，取得的信號經放大器放大，由A/D轉換器將模擬信號轉換成數字信號后，再經微處理器對數據進行濾波、運算、處理，通過計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。并可以在當電流測試回路出現斷線或接觸不良時，儀器會根據電流分流器上的電壓判斷出電流回路接觸不良或開路。
現有測量方法存在的問題
按照以上常規設計原理設計的回路電阻測試儀在現場測試時發現，都普遍存在一個問題：當測試儀電壓接線回路出現接觸不良或開路時，測試儀還會顯示一個數值，此時會出現以下幾種情況：
1）電壓回路開路，測試現場沒有強電場干擾：
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值接近為0，如果測試人員有足夠的現場測試經驗，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果；如果測試人員沒有足夠的現場測試經驗，有可能會誤判測試儀出現問題，中斷測試，更換或返修儀器，延誤停電時間，給測試工作帶來不必要的麻煩。
2）電壓回路接觸不良
大多數情況下斷路器的接線端子在長期運行后端子排外表面會產生氧化膜或油膜，當回路電阻儀的電壓測試鉗夾接到這樣的端子排上時就可能產生接觸不良，既電壓測試線鉗夾本身也要產生一定的接觸電阻，該接觸電阻值達到與電壓采樣回路的內阻值相當時，將對測試結果產生嚴重影響。
設試品電阻為Rx,電壓采樣回路的輸入內阻為Ri，電壓測試線鉗夾鉗接電阻為R1，儀器顯示虛假值為Riˊ（假設電流采樣不受影響）。此時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＜斷路器實際電阻值Rx。可以看出，由于R1的存在，使得電壓采樣回路的輸入內阻Ri與鉗夾鉗接電阻R1已經成為分壓關系，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，無論試驗人員有無現場測試經驗，都將導致誤判，這種人工無法辨別的誤判，對設備的安全運行是一種嚴重威脅。
3）電壓回路開路或接觸不良（開路時可視接觸電阻R1無窮大），測試現場有較強的電磁干擾，如母線帶電，此時帶電母線通過以空氣為介質的電容，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差模電壓，隨著干擾程度不同，一般產生如下結果。
如果干擾較大，會使回路電阻測試儀顯示出比被試品電阻值大的多的數值，此時如果測試人員有足夠的現場測試經驗也許能夠判斷出測試結果的異常，能夠引起注意并最終得到正確測試結果。但如果測試人員沒有足夠的經驗可能會誤判開關回路電阻值超標，可能會采用停電檢修的方法處理缺陷，給電力生產造成不必要的損失。
如果干擾的強度不是很大，儀器顯示值正好在斷路器的合格阻值范圍之內，該情形與情況“2）電壓回路接觸不良”產生的結果相同，同樣會造成誤判。
利用改進型四線制測量法解決以上問題
根據對以上問題的分析，提出改進四線制測量法，是在典型四線制測量法的基礎上增加一個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，可以解決目前傳統回路電阻測試儀存在的問題。
該測試原理，測試時先通過繼電器接點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成回路。當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下，則整個電壓回路的電阻比較小，電壓測試端測試的電壓值較小，此時警告提示信號不啟動，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，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，此時啟動警告提示信號，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值，計算試品的電阻值。此時測出的數值一定是試品的真實的電阻值，杜絕了虛假數據的產生。即使現場有較強電場干擾，由于電壓回路中的電阻很小，感應到電壓測試端的電壓為共模電壓，本產品通過電容接地的方式將這個交流共模干擾降到很低，不會對測試精度產生影響。
小電流恒流源還可以擊穿一些較輕微的氧化膜或油膜，自動改變接觸狀況，可以節省處理時間，提高了測試效率。以上表明自動判斷和提示功能大大提高了測試準確性和提高了生產效率，是現場試驗人員快速解決問題的可靠依靠。
現場應用
通過與設備生產廠家合作，2010年改進型回路電阻測試儀在現場進行了試驗，共采納數據500組（每一個開關斷口的測試為一組測試數據），其中有42次提示“電壓回路開路或接觸不良”，避免了虛假數據帶來的誤判，糾錯率為8.4％。試驗人員重新檢查接線后，測試數據結果正常。其余均一次測試成功，測試結果符合要求，重復測試時，數據穩定，重復性符合斷路器試驗的要求。
文章結語
通過原理分析和實際應用試驗，采用改進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生的誤判、虛假數據等問題，使測試數據更趨于穩定可靠，有可能應用于今后的儀器升級改造中。
信息整理：揚州拓普電氣科技有限公司 信息來源：www.uvdg.com.cn
從回路電阻測試的發展角度看，以前普遍采用常規的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，難以發現變壓器線圈導電回路導體截面積減少的缺陷。在測量高壓開關導電回路接觸電阻時，由于受到接觸面和動靜觸頭間氧化層的影響，測量偏差大，掩蓋了真實的接觸電阻值。因此，目前國家標準規定對斷路器、隔離開關接觸電阻的測量電流不小于直流100A。100A或更大的直流電流，根據產生的壓降來計算斷路器導電回路的直阻值，從而判斷斷路器導電回路是否存在接觸不良等隱患。
目前采用的測量方法
目前現場試驗使用的回路電阻測試儀原理是采用典型的四線制測量法，由高頻開關電源產生大于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生的壓降，采樣電路同時對電壓輸入端和內部電流分流器電壓進行采樣，取得的信號經放大器放大，由A/D轉換器將模擬信號轉換成數字信號后，再經微處理器對數據進行濾波、運算、處理，通過計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。并可以在當電流測試回路出現斷線或接觸不良時，儀器會根據電流分流器上的電壓判斷出電流回路接觸不良或開路。
現有測量方法存在的問題
按照以上常規設計原理設計的回路電阻測試儀在現場測試時發現，都普遍存在一個問題：當測試儀電壓接線回路出現接觸不良或開路時，測試儀還會顯示一個數值，此時會出現以下幾種情況：
1）電壓回路開路，測試現場沒有強電場干擾：
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值接近為0，如果測試人員有足夠的現場測試經驗，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果；如果測試人員沒有足夠的現場測試經驗，有可能會誤判測試儀出現問題，中斷測試，更換或返修儀器，延誤停電時間，給測試工作帶來不必要的麻煩。
2）電壓回路接觸不良
大多數情況下斷路器的接線端子在長期運行后端子排外表面會產生氧化膜或油膜，當回路電阻儀的電壓測試鉗夾接到這樣的端子排上時就可能產生接觸不良，既電壓測試線鉗夾本身也要產生一定的接觸電阻，該接觸電阻值達到與電壓采樣回路的內阻值相當時，將對測試結果產生嚴重影響。
設試品電阻為Rx,電壓采樣回路的輸入內阻為Ri，電壓測試線鉗夾鉗接電阻為R1，儀器顯示虛假值為Riˊ（假設電流采樣不受影響）。此時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＜斷路器實際電阻值Rx。可以看出，由于R1的存在，使得電壓采樣回路的輸入內阻Ri與鉗夾鉗接電阻R1已經成為分壓關系，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，無論試驗人員有無現場測試經驗，都將導致誤判，這種人工無法辨別的誤判，對設備的安全運行是一種嚴重威脅。
3）電壓回路開路或接觸不良（開路時可視接觸電阻R1無窮大），測試現場有較強的電磁干擾，如母線帶電，此時帶電母線通過以空氣為介質的電容，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差模電壓，隨著干擾程度不同，一般產生如下結果。
如果干擾較大，會使回路電阻測試儀顯示出比被試品電阻值大的多的數值，此時如果測試人員有足夠的現場測試經驗也許能夠判斷出測試結果的異常，能夠引起注意并最終得到正確測試結果。但如果測試人員沒有足夠的經驗可能會誤判開關回路電阻值超標，可能會采用停電檢修的方法處理缺陷，給電力生產造成不必要的損失。
如果干擾的強度不是很大，儀器顯示值正好在斷路器的合格阻值范圍之內，該情形與情況“2）電壓回路接觸不良”產生的結果相同，同樣會造成誤判。
利用改進型四線制測量法解決以上問題
根據對以上問題的分析，提出改進四線制測量法，是在典型四線制測量法的基礎上增加一個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，可以解決目前傳統回路電阻測試儀存在的問題。
該測試原理，測試時先通過繼電器接點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成回路。當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下，則整個電壓回路的電阻比較小，電壓測試端測試的電壓值較小，此時警告提示信號不啟動，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，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，此時啟動警告提示信號，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值，計算試品的電阻值。此時測出的數值一定是試品的真實的電阻值，杜絕了虛假數據的產生。即使現場有較強電場干擾，由于電壓回路中的電阻很小，感應到電壓測試端的電壓為共模電壓，本產品通過電容接地的方式將這個交流共模干擾降到很低，不會對測試精度產生影響。
小電流恒流源還可以擊穿一些較輕微的氧化膜或油膜，自動改變接觸狀況，可以節省處理時間，提高了測試效率。以上表明自動判斷和提示功能大大提高了測試準確性和提高了生產效率，是現場試驗人員快速解決問題的可靠依靠。
現場應用
通過與設備生產廠家合作，2010年改進型回路電阻測試儀在現場進行了試驗，共采納數據500組（每一個開關斷口的測試為一組測試數據），其中有42次提示“電壓回路開路或接觸不良”，避免了虛假數據帶來的誤判，糾錯率為8.4％。試驗人員重新檢查接線后，測試數據結果正常。其余均一次測試成功，測試結果符合要求，重復測試時，數據穩定，重復性符合斷路器試驗的要求。
文章結語
通過原理分析和實際應用試驗，采用改進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生的誤判、虛假數據等問題，使測試數據更趨于穩定可靠，有可能應用于今后的儀器升級改造中。
信息整理：揚州拓普電氣科技有限公司 信息來源：www.uvdg.com.cn
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