一种GIS设备回路电阻测试方法探索与实践
中国南方电网公司调峰调频发电公司天生桥水力发电总厂的研究人员杜鑫，在2017年第10期《电气技术》杂志上撰文指出，气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）广泛运用于电力系统中，在设备安装及运行过程中，须采用直流压降法进行主回路电阻的测量，检查开关、刀闸、导体等连接情况。
本文就如何尽可能分段测量GIS回路电阻，以及如何开展长竖井出线段GIS回路电阻的测试，提出利用其他相母线作为测量回路的方法，保证测试结果准确的前提下，方便现场实施，对同类型GIS的回路电阻测试具有较强的参考意义。
气体绝缘金属封闭开关设备（以下简称GIS）因为其结构紧凑、占地面积和空间体积小、运行安全、安装和维护工作量小、检修周期长的优点，广泛运用于电力系统中。但是，正因为GIS全封闭结构的特点，导致部分设备缺陷无法有效的发现和处理，例如母线导体接触不好、断路器触头拉弧时的损伤等，而这些缺陷可能导致设备运行过程中发热烧坏，进而酿成事故。
（DL/T 617）《气体绝缘金属封闭开关设备技术条件》中规定GIS在型式试验、出厂试验、安装后的现场试验等个阶段均要开展主回路电阻的测量工作，（Q/CSG114002-2011）《南方电网公司电力设备预防性试验规程》中也要求定期开展GIS导电回路电阻测试。就是为了及时发现和处理GIS导电回路各连接部分在安装、运行过程中出现的问题，消除事故隐患。
1 导电回路电阻
GIS的导电回路由若干导体组成，这些导体之间相互接触连接从而实现导电功能。典型的GIS结构如图1所示，除开关触头、刀闸触头、设备与母线导体之间有接触面和连接外，GIS母线本身也是由若干段组装连接而成，一般都有几十、几百处导体连接，大型GIS的导电回路则更加复杂。
GIS导电回路的直流电阻不仅包括导体本身的直流电阻，还包括各种导体接触面的接触电阻，统称为回路电阻。导体本身的电阻取决于导体材料的电阻率和几何尺寸，同一温度下一般不会改变；导体接触面的接触电阻则受很多因素的影响，比如接触面的连接型式、受力情况、接触状况等。[1]所以，回路电阻的测试更多体现的是导体接触面接触电阻的变化情况。而且，从设备安装质量检查以及实际运行过程来看，也应该更加关注导体各接触面电阻的变化。
图1 典型GIS结构
2 试验方法
GIS回路电阻试验有直接测量和间接测量两种方法。直接测量法使用微欧表或双臂电桥直接在导体两端进行测量，由于仪器输出的电流太小，不能有效破坏测量接触点表面的氧化膜，造成较大的测量误差，现场试验时不推荐此种方法，间接测量法又称直流压降法。要求在导电回路中通一定的直流电流(一般不小于100A)，用直流电压表测量导电回路的电压降，然后用欧姆定律计算出导电回路的直流电阻。
由于通过试品的电流比较大，足以破坏接触表面的金属氧化膜，从而减少了测量误差，测得的数据比较准确。现场一般采用该方法，并且将直流电源发生器、测量表计、计算及显示单元等集成在回路电阻测试仪中，方便使用。直流压降法测试的原理图如图2所示。[2-4]
图2 直流压降法测试原理图
现场测量接线时，主要利用接地开关回路进行测量。如果接地开关对外壳的连结处有绝缘，则打开接地开关的接地连接片，注入电流以及测取电压就可进行测量；如果接地开关对外壳的连结处没有绝缘，则首先测量GIS外壳的电阻R1，以及回路与外壳并联后的电阻值R2，然后按照R=R1×R2/( R1-R2)换算得到导体回路电阻值。
GIS回路电阻试验前，应先将开关在额定操作电压、额定气压(额定油压)的状况下电动分、合几次，以使触头能良好的接触，从而使测量结果能够反映真实情况。同时，应尽可能分段对GIS回路电阻进行测量，并确保电压测量线始终位于电流输出线的内侧，且接在被测回路正确的位置上。
以图1所示开关站为例，双母线220kV GIS某间隔回路电阻测试，间隔停电边界为DS1、DS2拉开，ES1合上，出线套管引流线解除。接地开关对外壳的连结处有绝缘，此时合上CB、DS3、ES2、ES3，拆除ES2、ES3接地连接板，分别从ES1、ES3处注入电流，从ES1、ES2处取得电压（图3）。
图3 直流压降法测试GIS回路电阻
可以看出，实际测到的是CB+ES1的直流电阻。通过改变电压、电流线的位置，可以得到各部位的回路电阻，见表1。
表1 GIS各部位回路电阻
在这种测试方式下，无法单独测得CB、DS3的直流电阻，并且由于现场出线套管段通常较长，特别是对于室内型GIS，出线套管在室外，现场接线非常困难。同时，试验线过长对于测试结果也会带来影响。[5-6]
3 现场试验
为尽可能地分段测量GIS回路电阻，同时减少工作量，介绍一种在出线套管处将A、B、C相进行连接，通过其他相的地刀作为测试线接入口，利用其它相导体作为测试线的一部分进行现场测量的方法，不同于利用GIS外壳作为测试载流体的回路电阻测试方法[7-8]。
在以往的长母线测试中，随着GIS安装长度的增加，主回路电阻测试线长度也必须相应增加，选用一般的测试线进行测试，当测试线中通过100A电流时，测试线的电阻消耗能量，增加了测试导线的损耗，不仅大大增加现场工作量，还一定程度上影响了测试结果[9-10]。
如图4所示，为某分相220kV GIS接线，其出线套管段（①-④）分处室内和室外，全长超过20米，合上20526、205267、2052617，拆除20526、2052617地刀三相接地连接板的接地端，并保持与接地点有10mm以上的距离。进行A相试验前，在出线套管处用一根红线将A、C相短接，用一根黑线将A、B相短接，合上断路器2052 A相。
图4 某分相220kV GIS回路电阻测试
以出线套管段（①-④）为例，常规测试时无法单独测量出线套管段的回路电阻，在该种接线方式下（图5），由于电流回路为②（A相）至①（C相），电压测量回路为①（A相）至④（B相），其中2052617、④（A相）至④（B相）段中由于不过电流，实际是作为测试线使用，则测试结果为A相出线套管独立的回路电阻值。
图5 出线套管段测试接线
通过改变电流、电压线的位置，可以得到A相各部位的回路电阻，见表2。可以看出，通过这种接线方式，可以逐段对GIS进行测试，并且测试过程中，仅需在出线套管处将预先布置好的接线排在A、B、C相间进行调换，不用从出线套管处拉电流线至开关站内部，大大节省了工作量，还增加了测量的准确度。
表2 GIS A相各部位回路电阻
4 案例分析
某220kV GIS间隔在预防性试验过程中，发现20526 B相回路电阻偏大（图4），远远超过历史数据，为排除其他因素的影响，按照上述试验方法，对20526、出线套管、2052等各段分别进行了多次测试。测试结果见表3。
现场判定20526 B相回路电阻超标，需要开盖做进一步检查。开盖过程中，在导体表面直接对各接触面回路电阻进行测量，排除了20526刀闸触头回路电阻超标，发现2052617与20526之间的连接导体接触面回路电阻偏大，检查发现，该连接导体上用于导体连接的螺栓已烧伤(图)，拆下该连接导体，发现连接面上有放电痕迹，局部有烧蚀(图)。
表3 GIS B相各部位回路电阻
图6 连接导体接触面
图7 螺栓烧伤
图8 螺栓烧伤
图9接触面放电痕迹
分析认为，该缺陷的产生是由于GIS现场组装工艺不到位，连接螺栓在设备长期运行过程中松动，造成导体接触面接触不良，回路电阻增大；引起导体接触面发热以及放电，加剧导体接触面回路电阻的增大，恶性循环。
幸运的是，通过开展GIS回路电阻测试，成功发现了该隐患，由于该试验方法的现场运用，独立测试GIS内部各段的回路电阻，准确判断了设备缺陷位置，为现场处理赢得宝贵时间。
5 结论
GIS回路电阻测试作为GIS设备安装、运行过程中必须开展的项目，对于设备的安装质量、运行状态评价有重要作用。在设备运行过程中，接触电阻异常增大可能带来严重事故。[11]
现场测试结果通常与出厂试验值或历史值进行比较，不应有明显增长，如若发现异常，应认真分析。因GIS现场开盖检修较为复杂，应尽量逐段测试确定数据异常点的位置。通过将出线套管进行短接，利用其他相作为测试线的方法进行回路电阻测试，不仅能够节约现场测试的人力、物力，并且能够将GIS各段最小化进行测试，准确定位缺陷部位。