（大唐南京发电厂 江苏南京 210000）
摘要：为了提高压电气设备直流电阻测量试验的安全性与便利性，直流电阻测试仪是顺利进行试验的关键。本文旨在从直流电阻测试电桥的相关理论原理入手，参考测试仪说明书，探究试验仪器的良性使用方法，以促进在实践中展开试验。
关键词：直流电阻；电桥；直流电流；测试仪
在电力系统的常规高压电气试验中，通常需要测量电气设备的直流电阻。直流电阻测量是电气设备交接、大修和预防性试验中必做项目之一。测量直流电阻的方法很多，目前各种现代化测量仪器所采用的方法以电桥测试法居多。
1、电桥的两种测试原理
测试电桥分为信号变换电桥和检流计调零电桥。在这两种电桥的基础上，结合微机测控原理，现代化的高压试验仪器已实现液晶屏读取数字，满足更高的精度要求。具体测试时，只需根据被测设备的性质选择合适的电桥仪器进行测量。下面就两种电桥为例，进行具体测试原理的讨论。
（1）信号变换电桥[1]
信号变换单臂电桥是通过电阻值的变化，测量输出电压。若给单臂电桥电阻/电压变换电路加以标准电压UB如图所示。当桥臂电阻值变化时u0也将变化。u0作为电压信号可由变送器转换为数字信号。假设未知电阻为R1=RX，则： 
即 
当流过电阻电流恒定时，电阻上的电压不变。通过对节点电压差u0的测量方法，即是从其电阻向电压信号的转变的测量方法。通过这种测量方法，可通过实时电压输出信号的测量，从而反映传感器阻抗的变化。
在此基础上结合单片机的数据处理，进行比率测量法，进一步提高测量精度。如图所示，AD7730通过测量电桥的输出电压AIN与电桥的激励电压UREF的比率，采用高阻抗差分电路，则电桥输出为
。输出电压仅与电阻变化量有关，消除了电源的电压误差及电桥的激励电压波动的影响。
（2）检流计电桥[2]
测量直流电阻的单臂电桥是将检流计调节至零，从而测量出被试电阻的大小。测量电阻时要求检流计的平稳固定且不摆动，确保测量电阻值固定。单臂电桥测量电阻电路如图所示。假设R1未知，即R1=RX。其中R2可调电阻，R3、R4都是标准已知电阻。检流计指针在零位，a、b两点的电位相等。则： 
这样可以求得
即 
电桥平衡时即检流计为零时可测出RX。
单臂电桥测量值包括导线电阻，常以测量10Ω~1MΩ之间的电阻，无法测量低值电阻。双臂电桥可测量1μΩ~100Ω之间的低值导体电阻。则测量时需要根据被试设备的交接报告直流电阻数值选用测试电桥。单臂电桥又叫做惠斯登电桥，双臂电桥又称为凯尔文电桥。双臂电桥如左所示，需要两支电流粗线和两支电压细线。根据双臂电桥接线原理，导线电阻不影响测量值，当电桥平衡时，
。
（3）测试仪工作原理探究
综上所述，为了测量一个未知大小的电阻值，一方面可通过检流计数值为零测量；一方面也可以采用信号转换法，计算出未知电阻RX的大小。通常状况下，即使忽略线路电阻损耗，以及在存在电磁场干扰、人眼识别精度不高的问题，检流计也只能实现趋近于零的平衡；而电阻/电压信号转换的方法可实时在线传输显示，但因温度湿度对单片机及运放影响很大。此外两种电桥同时具有一个共同的缺点，手动操作复杂。
当以恒稳定直流电压源输入时，电桥内部非线性元件将导致稳定时间过长。如图[3]I1(t)- 为全压恒压充电曲线，I2(t)为全压恒流充电曲线，t1-稳压时间，t2-恒流时间。 以恒电流源输入具有较强的抗干扰能力及快速稳定性，并且适合长线路传输。
因此仪器的测试过程应为恒流源输入，直流电压输出，最终计算出测试数据。测量仪采用直流稳压电源作为电流源输入。为了降低仪器重量，直流稳压电源应为开关式，工作方式可采用AC/DC转换模式或蓄电池充电模式。输出电压信号经运算放大器放大，并有效滤波。为保障数据精度，输出电压大小限定在一定范围。中央处理器单片机对电流和电压分别采集并有效滤波，最终通过计算出测试结果。测试结果由液晶屏显示，系统储存数据，并清晰打印。
仪器在性能与信号变换上存在诸多要求。为保障采集精度，应对电流进行电压信号变换，以数模转换形式导入单片机。为了更好的分析电阻大小的变化及稳定，仪器应保证输出信号稳定和仪器本身的抗干扰能力。使用测试仪应避免强光直射和不良搬运震荡，避开潮湿、粉尘及脏污。保存测试仪应在当在温度适宜、空气干燥的环境下。
2、大功率电气设备直流电阻测试仪的应用及要求
当测试对象为大功率电感性设备（如发电机、变压器等）时，因设备内部包含磁路部分，只有在磁场稳定时才可准确测量。直流电阻测试仪内部的直流稳压源电流不可突变，应按照设定档位输出电流。测试绕组电阻越小，输出电流越大。因此仪器应具有多个电流档位以便测试中切换。测试过程中，被试设备会因杂散电容以及铁芯剩磁的影响，增长测量时间。为缩短测量时间，需要切换更大电流或助磁法等方式测量。结束测试后被试设备铁芯内部必须进行消磁。否则直接解除接线不仅会导致测试接点打火，而且不良操作造成剩磁影响测量数据。因此测试仪内部配置消磁元件，并且具有带磁报警功能。仪器的软件设计以硬件可靠控制结合人机对话为主，保障数据的处理性能。
例如武汉亿电电气有限公司生产的YDZY-III型变压器直流电阻测试仪[4]。测试仪采用采用全自动化双臂电桥四线制测量法，具有自动充放电系统。仪器通过程控恒流源系统产生高精度恒定电流，手动电流档共设制5A、10A、20A和40A四个档位，回路输出电压在0~20V内，测试准确度0.2%，分辨率0.1μΩ。2014年对江苏某发电厂220kV#2主变（容量780000kVA）进行直流电阻测量。测试表格如下（单位：Ω）。
根据GB-50150-2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》的规定：1600kVA以上的三相变压器，各相测得值的不平衡系数应小于2%。但是由表格数据所示，A相电阻的I档位及II档位分解头切换后电阻数值无明显变化，以至于不平衡系数已超过2%。经后期变压器厂家吊芯检查，认定因变压器维护不当A相分接开关滑档。
直流测试仪测试数据清晰，操作简便。大容量设备绕组的断线、断股、焊接、连接部位松动、选材等制造缺陷均可通过直流电阻测试有效检查发现。
3、回路电阻测试应用及要求
进行升压站断路器、6kV高压开关柜等的回路电阻测试时，普遍采用回路电阻测试仪。此类设备无磁路影响，但测试过程受电场影响较大。根据《DL / T 845.4一2004中华人民共和国电力行业标准电阻测量装置通用技术条件》中的规定：回路电阻测试仪对断路器、隔离开关接触电阻的测量电流应不小于100A，以确保测量准确度。为防止长时间电流造成接触电阻发热，测试仪不可长时间带电测试。因此直流稳压电源的频率必须足够高。测试过程快速调节电流由0A增至100A，数据采集同时快速进行。单片机对迅速计算数据，读取100A时的电阻数值，后迅速调电流至0A。
为显示升流过程中接触电阻的实时大小，一些测试仪电流调节通常设置为手动模式。例如武汉亿电电气有限公司生产的YDHL-II回路电阻测试仪[5]。这是高、低压开关、电缆线及焊缝接触电阻的专用测试仪器。由于强电场的作用，测试时电流无法达到100A。此类仪器针对开关柜、高压开关接触电阻测量时，需采用合理的屏蔽措施，保障外壳的可靠接地。为了方便对110kV及以上高压隔离开关接触电阻的测量，一些测试仪采用手持充电式，其内部有储存数据功能。测试仪因采用充电式特种直流稳压电源，工作时间相对较短，价格较高。如济南泛华仪器设备有限公司生产的AI-6310LC回路电阻测试仪[6]。电流自动升至100A后，迅速测量并储存数据，可以在强干扰下准确测量。测试仪不需要散热风扇采用全封闭外壳，不仅减少了重量，而且避免了水、灰尘及脏污的影响。
2017年夏季江苏某发电厂220kV隔离开关大修，进行回路电阻测试。当日升压站的湿度70%，温度33℃，因配套导线长度限制导致需测试仪抬高至3米处测量。结果仅升电流至65A，YDHL-II回路电阻测试仪保护动作关机。后采用AI-6310LC回路电阻测试仪，在100A下正确测量。应在考虑经济问题的前提下，应根据被试设备的具体状况选择合适的测试仪器。
4、结语
随着科技的进步，高压试验测试仪器日益高智能化，高压试验工作也更加安全精确。某些测试仪需启动内部风扇，造成了内部电磁场干扰。由于测试线较为粗重，长期拖拽也将造成测试线路损伤。这将会造成不断累积的线路绝缘损伤及仪器测量误差。总而言之，直流电阻测试仪仍有很大的改进空间，需要在保障安全使用的前提下不断改善。
参考文献
[1]张靖.微机测控系统▪课程讲义[M]2011（9）：4-1.
[2]张建平.火力发电职业技能培训教材▪电气试验[M].中国电力出版社，2013（7）：15-19.
[3]兰东亮.变压器基础知识及其常规试验[EB/OL].2017.
[4]YDZY-III（40A）直流电阻测试仪使用说明书[R].武汉亿电电气有限公司.
[5]YDHL-II回路电阻测试仪使用说明书[R].武汉亿电电气有限公司.
[6]AI-6310LC回路电阻测试仪使用说明书[R].济南泛华仪器设备有限公司.
作者简介
刘大源（1989.01.25），男，学历：华北电力大学电气工程及其自动化学士，单位：大唐南京发电厂，研究方向：高压试验。
论文作者:刘大源
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/30
标签：电阻论文; 电桥论文; 测量论文; 测试仪论文; 电压论文; 测试论文; 电流论文; 《电力设备》2017年第24期论文;