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摘要：某站110kV GIS设备主回路安装时，其中一相的主回路导体错位安装，动触头未能按要求插入静触头，传统的主回路接触电阻试验未能发现异常，后来又采用了基于千安级冲击电流的GIS主回路接触电阻测试方法进行测试，也未能发现明显区别，本文对其原因进行分析，并总结经验，防止故障再次发生。
关键词：GIS、主回路接触电阻、故障分析、冲击电流
一、前言
由于GIS设备封闭运行的特性，其主回路具有不可见的特性，对于安装、试验人员来说如何通过试验数据来评估其制造、安装质量具有重要意义。
本文讲述的是一个关于GIS设备主回路接触电阻（以下简称回路电阻）故障的案例，其虽然是个案，但也具有一定程度上的典型意义，现将其与广大的同行进行分享，希望能对大家有所帮助。
二、故障情况简述
该站本期工程共2台主变，110kV设备是气体绝缘封闭式组合电器（GIS）设备，接线形式为线变组接线，额定电压UN=126KV ，额定电流IN=2000A，额定短时耐受电流ISN=40kA（4s）。GIS设备安装在二楼GIS室内，并通过B段穿墙母线穿出室外连接主变，如图1所示。
故障具体情况是，#1主变间隔B段与C段的对接时，B相GIS主回路导体没有插入到静触头，而是发生错位，紧贴静触头外侧经过，抵在绝缘盘子上了
三、测试及分析
该故障未能通过规程规定【1】的主回路接触电阻试验发现，而是在耐压试验时通过放电发现的。在发现故障后，为了积累不同故障类型的特征数据，笔者对其进行了基于千安级冲击电流的GIS接触电阻【2】测试，并与正常相进行对比。
基于千安级冲击电流的GIS接触电阻测试，其原理是利用接触面通过与额定电流同一数量级的电流产生的热量，对接触面收缩电阻的影响（表征为电阻随电流增加的变化率），来判定导体之间的接触的好坏，并经过模拟试验证明可行【2】。
无论是采用千安级冲击电流测试法还是传统的回路电阻测试法，都未能发现故障相与正常相的明显差异。为此，笔者深入分析，探讨成因，以避免以后再次遭遇此种情况。设备主接线，如图3所示。
原因一。主回路电阻测试时可用的点不多，故障部位的回路电阻值包含在主变进线套管到接地刀闸ES的测试值上，采用传统的测试方法，A、B、C三相回路电阻实测值与厂家管理值见表1，而每个触头正常的接触电阻约为10μΩ，占管理值的2.8%，占实测值5.2～4.9%，单个触头的安装不正确所导致的接触电阻异常（偏大或偏小）未能在整段回路电阻值上明显反应出来，从而造成不能有效发现单个触头接触不良的缺陷。
原因二。接触形式和接触压力的影响。该GIS设备触头是弹簧触头，可以等效成线接触形式，每个触头有两根弹簧， 主回路导体直径为60mm，正常触头有效接触长度L实=2πD≈376mm（π取3.14），而对于故障相来说，因为是错位插入，也可以等效成线接触，有效接触长度可等效成插入深度，根据施工记录故障相插入深度65mm。再从接触压力看，正常的弹簧触头接触是通过动触头挤压弹簧产生弹性形变，产生接触形变力（亦称接触压力）从而压紧动静触头保证触头接触良好，正常导电。考虑到减少长期工作时弹性疲劳的可能性，弹簧触头一般在保证接触电阻满足长期载流及短时通流能力的前提下，应采用尽可能小的形变量，因此，正常情况下弹簧触头的接触压力不会很大。根据
【3】 （2）
式中：F为接触压力，N；R为接触电阻，mΩ；m为与接触形式、压力范围和实际接触点的数目等因素相关的指数，点接触m=0.5，线接触m=0.5～0.8，面接触m=1；kj为与接触材料、表面状况等有关的系数，Ag-Ag表面，kj=0.06。正常相m一般取0.7，故障相由于接触长度相对较短，m取0.5，当故障相的动静触头接触压力超过正常相一定程度时，其接触电阻将可能等于或者小于正常相接触电阻。排除主回路导体长度的差别，表1中，B相的回路电阻值相对A、C相回路电阻小了10.7μΩ，有可能是这个原因。
因为传统方法测量电流较小，未能使接触面的电流密度达到工作要求，所以笔者采用文献2所介绍的基于千安级冲击电流的GIS接触电阻测试方法，根据回路电阻随着作用电流增长的变化率（1）来判断触头的接触状况。该方法通过特征参数k的测试和计算来避免回路过长、触头接触电阻占比过少所带来的影响，灵敏的反映触头的安装质量。经过测试，得到A、B、C三相k值分别为4.373、4.501、4.406，未见明显的差别。
该测试段至少包含3个现场安装的触头，其k值为：
（3）
k值表征的是电阻变化率，是由动静触头接触处收缩电阻随电流热效应变化而产生的，对于正常安装、符合设计要求的触头，导电斑点的数目应达到长期载流的要求，千安级冲击电流所产生的热效应不会使收缩电阻明显增加，而对于安装不符合设计要求的触头，因为导电斑点的减少，千安级冲击电流会使有限的导电斑点的电流密度超出设计允许范围，并发热和升温，导致斑点软化变形减少接触面积、迅速增大接触电阻。但是，从式3可以看出整段回路的k值受3个触头的共同影响，即使是安装正常、符合设计要求的触头其k值也不能为0，一般为1.0～1.4。多个触头串联时，非故障相的k值如果都取最大值，其串联k值就有可能与故障相的串联k值相近，从而不能很好的反映触头的安装缺陷。
四、小结
1、厂家设定的管理值是通过设计值计算得到的，过于宽泛，不能很好的反映实际安装情况，交接试验数据对比时，应该要求厂家出具回路电阻出厂试验实测数据，以增强数据对比的效果，更好的检查安装质量。
2、测量回路电阻时，无论是采用传统方法还是基于千安级冲击电流的测试方法应尽可能的较少测试段的长度以及所包含的触头数量，以提高测试的准确性。
3、基于千安级冲击电流的GIS主回路接触电阻测试方法能直接对触头导电斑点的接触情况进行考核，对今后的GIS主回路安装情况的考核有重要意义，但尚需对测量标准进一步完善，
3、本文分析壓力、接触形式对接触电阻的影响时，采取了条件理想化的分析前提，未免有所疏漏，未来需加强学习，进一步精确分析模型，量化分析条件，提出更量化的分析结果。
参考文献：
[1]GB 50150—2016.电气装置安装工程电气设备交接试验标准.
[2]周 蠡，鲁铁成，罗容波等.气体绝缘组合电器触头电接触状态检测与评估方法.高电压技术，2015，41（1）：217-224.
[3]郭凤仪，陈忠华.电接触理论及其应用技术.第1版.北京：中国电力出版社，2008.
关键词：GIS、主回路接触电阻、故障分析、冲击电流
一、前言
由于GIS设备封闭运行的特性，其主回路具有不可见的特性，对于安装、试验人员来说如何通过试验数据来评估其制造、安装质量具有重要意义。
本文讲述的是一个关于GIS设备主回路接触电阻（以下简称回路电阻）故障的案例，其虽然是个案，但也具有一定程度上的典型意义，现将其与广大的同行进行分享，希望能对大家有所帮助。
二、故障情况简述
该站本期工程共2台主变，110kV设备是气体绝缘封闭式组合电器（GIS）设备，接线形式为线变组接线，额定电压UN=126KV ，额定电流IN=2000A，额定短时耐受电流ISN=40kA（4s）。GIS设备安装在二楼GIS室内，并通过B段穿墙母线穿出室外连接主变，如图1所示。
故障具体情况是，#1主变间隔B段与C段的对接时，B相GIS主回路导体没有插入到静触头，而是发生错位，紧贴静触头外侧经过，抵在绝缘盘子上了
三、测试及分析
该故障未能通过规程规定【1】的主回路接触电阻试验发现，而是在耐压试验时通过放电发现的。在发现故障后，为了积累不同故障类型的特征数据，笔者对其进行了基于千安级冲击电流的GIS接触电阻【2】测试，并与正常相进行对比。
基于千安级冲击电流的GIS接触电阻测试，其原理是利用接触面通过与额定电流同一数量级的电流产生的热量，对接触面收缩电阻的影响（表征为电阻随电流增加的变化率），来判定导体之间的接触的好坏，并经过模拟试验证明可行【2】。
无论是采用千安级冲击电流测试法还是传统的回路电阻测试法，都未能发现故障相与正常相的明显差异。为此，笔者深入分析，探讨成因，以避免以后再次遭遇此种情况。设备主接线，如图3所示。
原因一。主回路电阻测试时可用的点不多，故障部位的回路电阻值包含在主变进线套管到接地刀闸ES的测试值上，采用传统的测试方法，A、B、C三相回路电阻实测值与厂家管理值见表1，而每个触头正常的接触电阻约为10μΩ，占管理值的2.8%，占实测值5.2～4.9%，单个触头的安装不正确所导致的接触电阻异常（偏大或偏小）未能在整段回路电阻值上明显反应出来，从而造成不能有效发现单个触头接触不良的缺陷。
原因二。接触形式和接触压力的影响。该GIS设备触头是弹簧触头，可以等效成线接触形式，每个触头有两根弹簧， 主回路导体直径为60mm，正常触头有效接触长度L实=2πD≈376mm（π取3.14），而对于故障相来说，因为是错位插入，也可以等效成线接触，有效接触长度可等效成插入深度，根据施工记录故障相插入深度65mm。再从接触压力看，正常的弹簧触头接触是通过动触头挤压弹簧产生弹性形变，产生接触形变力（亦称接触压力）从而压紧动静触头保证触头接触良好，正常导电。考虑到减少长期工作时弹性疲劳的可能性，弹簧触头一般在保证接触电阻满足长期载流及短时通流能力的前提下，应采用尽可能小的形变量，因此，正常情况下弹簧触头的接触压力不会很大。根据
【3】 （2）
式中：F为接触压力，N；R为接触电阻，mΩ；m为与接触形式、压力范围和实际接触点的数目等因素相关的指数，点接触m=0.5，线接触m=0.5～0.8，面接触m=1；kj为与接触材料、表面状况等有关的系数，Ag-Ag表面，kj=0.06。正常相m一般取0.7，故障相由于接触长度相对较短，m取0.5，当故障相的动静触头接触压力超过正常相一定程度时，其接触电阻将可能等于或者小于正常相接触电阻。排除主回路导体长度的差别，表1中，B相的回路电阻值相对A、C相回路电阻小了10.7μΩ，有可能是这个原因。
因为传统方法测量电流较小，未能使接触面的电流密度达到工作要求，所以笔者采用文献2所介绍的基于千安级冲击电流的GIS接触电阻测试方法，根据回路电阻随着作用电流增长的变化率（1）来判断触头的接触状况。该方法通过特征参数k的测试和计算来避免回路过长、触头接触电阻占比过少所带来的影响，灵敏的反映触头的安装质量。经过测试，得到A、B、C三相k值分别为4.373、4.501、4.406，未见明显的差别。
该测试段至少包含3个现场安装的触头，其k值为：
（3）
k值表征的是电阻变化率，是由动静触头接触处收缩电阻随电流热效应变化而产生的，对于正常安装、符合设计要求的触头，导电斑点的数目应达到长期载流的要求，千安级冲击电流所产生的热效应不会使收缩电阻明显增加，而对于安装不符合设计要求的触头，因为导电斑点的减少，千安级冲击电流会使有限的导电斑点的电流密度超出设计允许范围，并发热和升温，导致斑点软化变形减少接触面积、迅速增大接触电阻。但是，从式3可以看出整段回路的k值受3个触头的共同影响，即使是安装正常、符合设计要求的触头其k值也不能为0，一般为1.0～1.4。多个触头串联时，非故障相的k值如果都取最大值，其串联k值就有可能与故障相的串联k值相近，从而不能很好的反映触头的安装缺陷。
四、小结
1、厂家设定的管理值是通过设计值计算得到的，过于宽泛，不能很好的反映实际安装情况，交接试验数据对比时，应该要求厂家出具回路电阻出厂试验实测数据，以增强数据对比的效果，更好的检查安装质量。
2、测量回路电阻时，无论是采用传统方法还是基于千安级冲击电流的测试方法应尽可能的较少测试段的长度以及所包含的触头数量，以提高测试的准确性。
3、基于千安级冲击电流的GIS主回路接触电阻测试方法能直接对触头导电斑点的接触情况进行考核，对今后的GIS主回路安装情况的考核有重要意义，但尚需对测量标准进一步完善，
3、本文分析壓力、接触形式对接触电阻的影响时，采取了条件理想化的分析前提，未免有所疏漏，未来需加强学习，进一步精确分析模型，量化分析条件，提出更量化的分析结果。
参考文献：
[1]GB 50150—2016.电气装置安装工程电气设备交接试验标准.
[2]周 蠡，鲁铁成，罗容波等.气体绝缘组合电器触头电接触状态检测与评估方法.高电压技术，2015，41（1）：217-224.
[3]郭凤仪，陈忠华.电接触理论及其应用技术.第1版.北京：中国电力出版社，2008.