不拆解接地线的GIS回路电阻测量快速测量方法_伍琪伟.pdf

342023.06.DQGYCHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRYPRODVCT AND TECHNIC产品与技术不拆解接地线的 GIS 回路电阻测量快速测量方法伍琪伟 邹俊毅 黄永新（广州南方电力技术工程有限公司）摘要：由于在对 GIS 回路电阻的测量过程中缺乏对阻抗网络的提取，导致测量结果误差较大。基于此，提出不拆解接地线的GIS 回路电阻测量快速测量方法。先将GIS 回路电阻测量过程中的干扰因素分离出来，根据分离的结果，提取 GIS 回路测量的阻抗网络，从而实现 GIS 回路电阻的快速测量。为验证设计方法的有效性，做了相关实验，实验结果表明，本文设计方法测量出的 GIS 回路电阻误差值小，满足GIS 回路电阻快速测量的需求。关键词：接地线；GIS；回路电阻测量；阻抗网络；电阻干扰0 引言CIS 设备结构紧凑，检修的周期长，占地面积小，因此被广泛地运用于电力系统，但 GIS 设备结构属于全封闭结构，若有缺陷发生时无法及时发现，并且设备经常出现导体接触不良等情况，导致设备在运行过程中发热，最后可能导致设备无法正常运行。回路电阻测量，目前主要采用的是直线压降法进行测量，在测量时需要从侧隔离开关以及线路断路器等四个方面进行测量，接线过程需要进行四次，工作过程极其繁琐，并且由于在测量的过程中需要有接地刀闸的阻抗。若是单一的接地刀闸的阻抗，则无法进行测量。GIS 回路电阻测量主要会涉及机械等方面的原因，导致在使用导电杆的触头进行检查时不容易打开1。目前主要的 GIS 回路电阻的测量方法主要是通过开关恒流源，将电流输入，获取回路电阻从而产生很小的电压降，但会产生干扰信号，并且干扰信号较大。为了更加准确地测量出回路电阻，就需要将测量信号从干扰信号中分离出来，但相应会增大其检测成本。另外一种主要方式就是使用冲击电流的方式进行测量，在超级电容器基础上，使用回路电阻仪测量GIS 回路电阻进行测量。此方法相对比于开关恒流，数据更加准确，更加便捷，但依然存在不少问题，例如测量成本较大，并不便捷，存在一定的局限。因此，在不拆解接地线下测量 GIS 回路电阻的课题，是GIS 回路电阻测量的重要研究课题，可以实现一种高效精准的测量，同时还可以减少测量的作业量，降低作业的风险，提高测量的工作效率。1 GIS 回路电阻测量快速测量方法1.1 分离 GIS 回路电阻测量干扰因素为了实现 GIS 回路电阻的测量，先将 GIS 回路电阻测量的干扰因素分离出来。根据 GIS 的内部结构，可看出干扰因素主要是来自回路电阻的测量，因此设计接地网络分流，减少由于分流因素所带的干扰，利用接地的开关回路，测量 GIS 主回路的电阻2。为了更准确提取出干扰信号，提高测试的电流，在测试的2023-06期电器工业杂志排版设计和印刷发排2.indd 342023-06期电器工业杂志排版设计和印刷发排2.indd 342023/7/5 下午1:462023/7/5 下午1:46352023.06.DQGYCHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRYPRODVCT AND TECHNIC产品与技术数表示为：式中，Q 为电阻测试仪的电流数值；M 为 GIS主母线的电压数值；s 为测试电流的干扰电压数值。通过激励电源以及三相结构的数值，可以计算出阻抗网络结构的激励电源数值，通过激励电源的数值计算出回路电阻仪的电阻，采用纵向比较的方法将回路的电阻值进行比较，可以测除了主母线外的回路电阻。在此基础上，在每个 GIS 间隔上进行干扰因素的分离，以此实现 GIS 测量时的电阻的干扰因素分离。1.2 提取 GIS 回路网络阻抗将 GIS 回路电阻干扰因素分离后，在基于不拆解接电线下，提取 GIS 回路测量阻抗网络。主要通过施加激励电源建立阻抗矩阵，将测试的长母线置于 GIS回路电阻中，使用面积更大的测试线，利用母线本身的测量特点，形成第三相电流回路，改变原来使用长的测试线方式，对电压测量点进行合理的选择，使电流输出和电压测量输入值相同4。在此基础上，调整与导体之间的间隙，在相近的两个测试点之间，施加上相同的电压值，形成对称的阻抗网络结构，激励电源的施加如图 2 所示。端口之间施加直流电源，形成一个分流网络，将分流网络的激励电源施加在测试点之间，结构示意图如图 1所示。图 1 接地网络分流图 2 GIS 测试点施加激励电源根据接地的网络结构，设置三相分流，其中 Pr1线路侧隔离开关，20122、201201为两侧的隔离开关，PT 以及 KA 为接地刀闸，形成以 GIS 电力设备为主的测试结构，提高接地网络分流的激励电源的输出电流，在相等的电路中施加上相等的激励电源，减少回路分流的电阻3。设置断路器的导通电阻数量，调为几十微欧的微欧级电阻，对于断路器和隔离开关之间的测试，设置为三种相同分流方式。同时测试电流形成电路网络，提高激励电源输出的电流，在端口之间施加直流激励电源，对三相电路同时施加大小相等的激励电源。根据激励电源，建立出阻抗的网络结构图，通过结构图，得出直流的激励电源数值，得到测试电流的干扰因素，设置三相网络结构图，在此基础上，施加电流，将回路的电阻测试仪的电流线用 E 表示，则主母线的电阻的测量干扰电压的分离可以用函（1）2023-06期电器工业杂志排版设计和印刷发排2.indd 352023-06期电器工业杂志排版设计和印刷发排2.indd 352023/7/5 下午1:462023/7/5 下午1:46362023.06.DQGYCHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRYPRODVCT AND TECHNIC产品与技术压进行测量。使用交流电流发生器，将 GIS 的回路的电阻测试的点计为 A1、A2、A3、A4、A5，将测试点对应的电压设为 v1、v2、v3、v4、v5，测试点对应的电流为 i1、i2、i3、i4、i5，则测试点的阻抗矩阵用公式表示为：通过阻抗矩阵方程式，将待解变量求解，可以得到矩阵方程，以此提取出 GIS 回路测量阻抗网络提取，从而完成在不拆解接地线的情况下，测量出 GIS的回路电阻。2 实验与分析为验证本文设计的方法下的 GIS 回路电阻测量的有效性，采用 Matlab Simulink 进行仿真实验论证。GIS 导电回路的电阻测试模型如图所示。设置实验元件的参数如表 1 所示。将激励电源施加在测试点，电流通过 r1 再到 L1的电流属于正常的激励电源。同时，在测试 KM4 处加上一个测试点，通过该测试点让电流值增加，为了减少检测的误差，将电气距离较远的测试点的具体位置定为初始位置，在最终处增加几个测试点5。在 M1 与 M2 处设置分流网络，将断路器以及隔离开关之间的分流施加电阻值，在 M1 和 M2 之间不会产生分流，所以施加的电阻值设为相等的数值。在此基础上，在激励电源的电流势在经过 FR 时，以超级电容器为基础，对测量回路放电，通过将电气距离较远的电阻施加到测试点。在电容器电压从初始电压到零的过程中，电容器处于放电，放电电流波形图如图3所示。图 3 超级电容器放电电流波形表 1 实验元件参数根据放电的电流波形，将 GIS 超级电容器的放电过程的回路电压用函数公式表示为：式中，U 为 GIS 导电杆的电压数值；P 为 GIS导电杆的超级电流峰值，当 GIS 导电杆的电压降为0 的时候，其感性压也将降为 0，所以为了反映出导电杆触头的接触情况，将电流的峰值对应相应的电（2）（3）2.1 实验过程为研究本文方法对 GIS 回路电阻测量的有效性，设置电阻测试的仿真模型，其仿真计算模型结构图如图 4 所示。元件名称电压/V电流峰值/A被测电压/MV回路电阻/实验测试结果（）电阻测量（）本文方法方法1方法2电压（V）实验参数数值超级电容器电容值54F额定充电电压32V晶闸管导电电阻0.34m压降1.2V标称电阻50分流器75mv/750A2023-06期电器工业杂志排版设计和印刷发排2.indd 362023-06期电器工业杂志排版设计和印刷发排2.indd 362023/7/5 下午1:462023/7/5 下午1:46372023.06.DQGYCHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRYPRODVCT AND TECHNIC产品与技术表 2 实验室 GIS 回路电阻测试结果表 3 不同方法下的 GIS 回路电阻测量结果其中，通过调节超级电容器的电压，控制回路的冲击放电电流，通过电流的最大值的参数，得到元件的电压值，通过电压与电流的比值最终得到阻抗值，从而对 GIS 设备进行验证，GIS 回路电阻的参数如表 2 所示。电压/V电流峰值/A被测电压/MV回路电阻/实验测试结果（）电阻测量（）本文方法方法1方法2电压（V）实验参数数值超级电容器电容值5265.3620.6674.251025829.3675.3515269.1536.5976.3820295.3650.2677.8925351.2358.3980.2530356.3265.6983.5635455.3670.5889.3654F额定充电电压32V晶闸管导电电阻0.34m压降1.2V标称电阻50分流器75mv/750A实验测试结果（）电阻测量（）本文方法方法1方法2电压（V）5101520253035综合误差74.2575.3576.3877.8980.2583.5689.3674.5675.4076.4078.1582.3583.6089.800.5875.5879.8777.3579.6898.3599.3699.893.2579.6880.1282.3586.3688.6989.2592.354.26图 4 回路电阻测试的仿真计算模型先使用本文设计方法进行测量，在不拆解接电线的情况下通过提取阻抗网络测出回路电阻，再使用基于直流压降法的 GIS 回路电阻测量方法（方法 1）进行测量，将接地连接片接到正极电流线上，在测量的出线端中母线隔离开关以及选线侧的阻抗，再加上其他两个断路器位置，在接线后进行多次测量；最后使用基于冲击电流的 GIS 回路电阻测量方法（方法 2），得到三种方法下的 GIS 回路电阻测量结果如表 3 所示。根据实验可以看出，相对比于其他两种方法，2023-06期电器工业杂志排版设计和印刷发排2.indd 372023-06期电器工业杂志排版设计和印刷发排2.indd 372023/7/5 下午1:462023/7/5 下午1:46382023.06.DQGYCHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRYPRODVCT AND TECHNIC产品与技术参考文献12345吕泽承，苏毅，陈庆发.利用双端接地技术测量高压断路器回路电阻方法探讨 J.广西电力，2021，44（3）：41-45.高凯，卢有龙，徐鹏，等.GIS 回路电阻特性研究 J.高压电器，2020，56（8）：66-72.汪丽萍.回路电阻测试仪示值误差测量结果的不确定度评定 J.中国计量，2020（2）：119-121.张铁平，栾俊，陈才龙.白鹤滩电厂4/3 接线方式GIS 回路电阻测量方法研究 J.人民长江，2022，53（S1）：179-181，192.李林省.500kV GIS 断路器导电回路电阻测试探究 J.水电与抽水蓄能，2022，8（1）：90-93.（收稿日期：2023-02-20）本文方法下的 GIS 回路电阻测量的误差明显较小，说明本文设计的 GIS 回路电阻的测量结果更加准确，本文方法下的对回路电阻的测量在没有拆解接电线的情况下，就可以测量，测量过程减少，测量结果准确，能够满足 GIS 回路电阻测量的需求。3 结束语本文设计了在不拆解电线的情况下，对 GIS 回路电阻进行快速测量。通过从 GIS 设备的拓扑结构中，提取出多阶阻抗网络，构建出设备的阻抗结构，在基于阻抗网络的基础上，求解出回路电阻的矩阵。实现了在不拆解电线的情况下，对 GIS 回路电阻进行测量，提高回路电阻的工作效率的同时，也给回路电阻测量结构测量的测量方法提供了一些参考理论依据。2023-06期电器工业杂志排版设计和印刷发排2.indd 382023-06期电器工业杂志排版设计和印刷发排2.indd 382023/7/5 下午1:462023/7/5 下午1:46