CN104062323A - 一种在线测量接触电阻的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线测量接触电阻的方法，包括以下步骤：首先，对待测量接触元件靠近热源区的表面点进行实时的温度测量，得到温度数据；然后，依靠建立的一阶热路模型公式和Origin软件依据温度数据绘制的温度响应曲线，求出此接触元件的热响应常数；最终根据公式推导得到待测量接触元件的接触电阻。本发明的方法能够在线准确的测量一些诸如高压开关柜母排接头、开关接头、闸刀等电接头的接触电阻，为电力设备的状态监测、分析和故障处理等实际应用提供数据参考。

Description

一种在线测量接触电阻的方法

技术领域

本发明属于电力系统输变电设备监测技术领域，涉及一种在线测量接触电阻的方法。

背景技术

在电力设备中，如开关接头、母线接头、接线端子等电接头应用非常广泛。由于这类电接头长期运行，会造成触头机械磨损、接触面间的压力下降或者材料氧化等不良后果，使得原有的接触电阻随着使用年限的增加而逐渐加大，这就要求对这类电接头的接触电阻进行及时准确的测量，来确保电气设备的安全稳定运行。

目前，对于接触电阻的测量方法主要有：1)三次谐波法测量接触电阻；2)基于超导量子器件的接触电阻检测仪器来测量接触电阻；3)电解槽法测量接触电阻；4)电压电流法测量接触电阻；5)电桥法测量接触电阻。前三种方法都并未在工业中得到广泛应用，只能在特定的实验室条件下进行，所以主要用于电接触理论分析与相关研究。而4)和5)在实际工程应用中较为广泛，但是其属于离线式或实验室检测方法，只能作为元件出厂前或设备定期维修时进行相应的测量工作，对于工作现场运行中的电接触元件的接触电阻不能用于在线测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种在线测量接触电阻的方法，解决了现有技术对于接头、闸刀等接触部位的电阻难以准确测量，适用范围狭窄且必须在实验室环境下离线式操作和测量的难题。

本发明采用的技术方案是，一种在线测量接触电阻的方法，首先，对待测量接触元件靠近热源区的表面点进行实时的温度测量，得到可靠的温度数据；然后，依靠建立的一阶热路模型公式和Origin软件依据温度数据绘制的温度响应曲线，求出此接触元件的热响应常数；最终根据公式推导得到待测量接触元件的接触电阻。

本发明的有益效果是：在现有技术能够满足测量物体温度精度的背景下，提出了对待测量接触元件的某靠近热源区的表面点进行实时的温度测量，得到可靠的温度数据；然后依靠建立的一阶热路模型公式和Origin软件依据温度数据绘制的温度响应曲线，求出此接触元件的热响应常数；再根据公式推导，最终得到待测量接触元件的接触电阻。

与现有技术相比，1)用户可以在现场或者远程监测系统上实现实时得到接触元件的接触电阻的大小，以此作为分析各类电接头状态；2)只需对接触元件的某点进行持续的温度测量，在经过几步简单的数据处理即可准确计算出其接触电阻的大小，这对减少事故的发生率以及避免接触故障进一步恶化意义重大。

附图说明

图1是本发明方法实施例母排连接处的结构示意图；

图2是本发明方法对接触电阻的测量流程图；

图3是本发明对接触电阻建立的热路模型；

图4是本发明方法实施例接触元件的温度响应曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明在线测量接触电阻的方法，首先，对待测量接触元件靠近热源区的表面点进行实时的温度测量，得到可靠的温度数据；然后，依靠建立的一阶热路模型公式和Origin软件依据温度数据绘制的温度响应曲线，求出此接触元件的热响应常数；最终根据公式推导得到待测量接触元件的接触电阻。具体按照以下步骤实施：

步骤1、参见图1、图2，在靠近导体段A和导体段B的电接触元件热源区的某一点或多个点设置温度监测点，测量出热接触点或其附近某一点某一时间段的温度值数据，并绘制成温度-时间曲线；

步骤2、根据步骤1绘制的温度-时间曲线的数据，使用Origin软件对应拟合出导体的温度响应曲线；

步骤3、考虑到热流场、热路中的物理量，与电流场、电路中的物理量有相似的对应关系，对步骤1所述的热源区建立热路分析模型，参见图3；

步骤4、对热路分析模型，建立一阶热路全响应公式：

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{xt}}={\mathrm{\θ}}_{\∞}+({\mathrm{\θ}}_0-{\mathrm{\θ}}_{\∞})e^{-t/R_c{C}_x}$

图2和图3中，θ_xt是某一时刻热源的温度，θ_∞是热源稳定后的温度，θ₀是导线所在的周围环境温度，在实际应用中可设定环境温度不变，即θ₀为常量；R_C为热源区的热阻，C_x为导体的热容，t为时间；Q_c为导线自身发热量，其值为I²R_e，θ_x分别为热源区温度，C₀为环境监测点以外的热容，R₀为环境监测点以外的热阻。

所述的一阶全响应公式能较好地吻合，能够提供对应t时刻的θ_xt温度值，这一时刻t和对应的温度θ_xt的数据组合，帮助求解热时间常数值。

步骤5、针对步骤2的响应曲线中未到达平稳值的数据找出对应的时间t₀，由τ＝R_cC_x得到热时间常数τ；

步骤6、根据步骤5的τ＝R_cC_x和联立得到从而计算出热源区热阻得等效的长度Δx，其中，λ为导体的导热系数，s为接触元件的横截面积；

步骤7、根据电阻的定义求出接触电阻r，其中ρ为热源区等效电阻率，s为接触元件的横截面积，l为接触电阻的长度，l与步骤6中的Δx的数值大小相同。

实施例

步骤1、以铜排母线为例，相关材料的参数如表1所示，并假定运行条件环境温度为8℃、热源区接触电阻的热源能量传播比例系数为p＝0.5，母排连接处如图1中所示的结构，针对距热源中心区1cm处，采集温度值得到大量的温度数据。

表1铜排母线的相关参数

步骤2、针对步骤1的结果，利用软件Origin对数据分析并绘曲线拟合得如图4铜母排热区域中心的热时间常数响应曲线。

步骤3、利用一阶热路模型：

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{xt}}={\mathrm{\θ}}_{\∞}+({\mathrm{\θ}}_0-{\mathrm{\θ}}_{\∞})e^{-t/R_c{C}_x}$

代入已知数据(θ_∞为热源区稳定时的温度，本实施例为56℃，θ₀为环境温度，此时为8℃)，得：

θ_xt＝56+(8-56)e^-t/τ＝56-48e^-t/τ

取t＝10min,θ_xt＝41.47℃，可以计算出热时间常数τ为8.36772min。

步骤4、根据τ＝R_cC_x和两式相联立，得代入表1对应的常数值以及步骤3中的τ的值，计算出热源区热阻等效的长度Δx为0.001m。

步骤5、由电阻的定义即可求出接触电阻r为0.001019Ω,s为接触元件的横截面积在表1查出，ρ为热源区等效电阻率即为在表1中的υ₂，此时忽略了导体自身的电阻，因为导体自身的电阻相对于接触电阻足够小。

Claims (2)

1.一种在线测量接触电阻的方法，其特点在于：

首先，对待测量接触元件靠近热源区的表面点进行实时的温度测量，得到温度数据；

然后，依靠建立的一阶热路模型公式和Origin软件依据温度数据绘制的温度响应曲线，求出此接触元件的热响应常数；

最终根据公式推导得到待测量接触元件的接触电阻。

2.根据权利要求1所述的在线测量接触电阻的方法，其特点在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、在靠近导体段A和导体段B的电接触元件热源区的某一点或多个点设置温度监测点，测量出热接触点或其附近某一点某一时间段的温度值数据，并绘制成温度-时间曲线；

步骤2、根据步骤1绘制的温度-时间曲线的数据，使用Origin软件对应拟合出导体的温度响应曲线；

步骤3、对步骤1所述的热源区建立热路分析模型；

步骤4、对热路分析模型，建立一阶热路全响应公式：

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{xt}}={\mathrm{\θ}}_{\∞}+({\mathrm{\θ}}_0-{\mathrm{\θ}}_{\∞})e^{-t/R_c{C}_x}$

R_C为热源区的热阻，C_x为导体的热容，θ_xt是某一时刻热源的温度，θ_∞是热源稳定后的温度，θ₀是导线所在的周围环境温度，在实际应用中可设环境温度不变，即θ₀为常量；t为时间；Q_c为导线自身发热量，其值为I²R_e，θ_x分别为热源区温度，C_x为导体的热容；

步骤5、针对步骤2的响应曲线中未到达平稳值的数据找出对应的时间t₀，由τ＝R_cC_x得到热时间常数τ；

步骤6、根据步骤5的τ＝R_cC_x和联立得到计算出热源区热阻得等效的长度Δx，λ为导体的导热系数，s为接触元件的横截面积；

步骤7、根据电阻的定义求出接触电阻r，ρ为热源区等效电阻率，s为接触元件的横截面积，l为接触电阻的长度，l与步骤6中的Δx的数值大小相同。