淺談氧化鋅避雷器測試儀器的校準

趙斯衎

（福建省計量科學研究院，福建 福州 350003）

1 前言

經濟建設的高速發展，帶動了電力行業的不斷發展，電力設備的更新換代越發頻繁。氧化鋅避雷器是當下最新型的產品，因其卓越的性能、優良的品質，已取代了其他類型的避雷器，成為電力系統中更新換代的首選，得到了廣泛的推廣運用。由于其運行狀況的優劣直接關系著整個電力系統其他設備運行狀況的好壞，甚至影響著電力系統每個環節的正常運行，因此，必須確保氧化鋅避雷器運行狀況的安全可靠。

氧化鋅避雷器內部相當于由電容C和和非線性電阻R并聯組成。在交流電壓下，總泄漏電流IX為容性電流IC和阻性電流IR之和，通常情況下，IC遠大于IR。當其絕緣程度發生劣化時，IR隨之增加，而IC卻幾乎不變。因此，阻性電流IR的增大被作為其絕緣程度改變的判斷依據。由于一般阻性電流不會超過總電流的1/5，觀察總電流的變化情況難以確定阻性電流的變化情況，而其內部受潮老化是一個相對緩慢的過程，因此，在運行條件下，通過在線監測的辦法，對阻性電流進行獨立觀察，進而掌握整個氧化鋅避雷器的實際運行狀況，是目前電力系統中普遍采取的檢測辦法。目前市場上用來測試氧化鋅避雷器的各式各樣的儀器，其工作原理幾乎都是依據在線監測的方法進行。由于此類儀器方便攜帶，因而被大量用于現場檢測，其自身的準確性和可靠性便顯得尤其重要。

本文通過對該類儀器所采用的工作原理的分析，利用科學的計量方法，對其校準結果進行分析，以達到量值溯源的目的。

2 氧化鋅避雷器的幾種常見監測方法

目前市場中有各式各樣的氧化鋅避雷器測試儀器，如AI-6106型氧化鋅避雷器帶電測試儀，ED0403型氧化鋅避雷器在線監測儀，HC800-111型避雷器監測器綜合測試儀等。諸如此類儀器，其工作原理仍是依據在線監測的方法進行設計的，具體可分為以下幾種。

2.1 總電流監測法

使用避雷器監測器，將其安裝于氧化鋅避雷器線路中，不僅可以對放電次數進行計數，還可長期對避雷器的泄漏總電流進行監控。也可使用高精度的鉗形電流表進行測量，直接讀取泄漏總電流值。

2.2 補償監測法

2.3 諧波分析監測法

采用數字諧波分析技術，從總泄漏電流中通過傅里葉變換，分離出阻性電流的基波分量和三次諧波分量。在系統電壓的作用下，產生功耗的只有阻性電流的基波分量，高次諧波分量不做功[1]，通過阻性電流基波分量的變化情況，可判斷氧化鋅避雷器的運行狀況。

2.4 零序電流監測法

氧化鋅避雷器內部由多個氧化鋅電阻片構成，每個電阻片都是一個非線性電阻，其在基波電壓的作用下，會產生阻性電流的三次諧波[2]。當絕緣狀況發生改變時，其阻性電流的三次諧波分量IR3會隨著阻性電流IR的增大而增大，說明兩者間存在特定的比例關系，通過對IR3的在線監測，就能得到IR。

3 氧化鋅避雷器測試儀器的校準分析

從以上分析不難看出，幾種常見的在線監測方法都圍繞著對阻性電流的測試進行，因此，作為現場測試氧化鋅避雷器的最高標準，氧化鋅避雷器測試儀器對阻性電流的測試結果將直接影響到對氧化鋅避雷器運行狀況的判斷。由于目前國家或地方并無針對該類儀器的相應檢定規程或校準規范，也無可進行校準、檢測的專用設備，因此，給該類儀器的量值溯源工作帶來了困難。本文以AI-6106型氧化鋅避雷器帶電測試儀為例，通過對其測量結果的校準分析，從而達到對該類儀器的量值溯源目的。

3.1 利用多功能校準器作為主標準器，將其調至相應量程，并與被校儀器的電流輸入端相連，由標準器輸出標準電流給被校儀器，分別讀取標準器上的標準電流值與被校儀器上的對應電流值。將兩者數值相減，其差值即為被校儀器電流的示值誤差。

3.2 建立數學模型：△＝I-I0

式中：△—被校儀器的電流示值誤差；I—被校儀器的電流示值；I0—標準器輸出的標準電流值。

3.3 各輸入量的標準不確定度的評定

（1）輸入量I的標準不確定度u(I)的評定：

輸入量I的標準不確定度主要是由被校儀器的重復性引起的，可對其某一測量點進行連續測量，得到一組測量列，并采用A類標準不確定度評定的方法對其進行評定。以1mA測量點為例，在相同環境條件下，對該測量點連續測量10次，其結果如下表所示：

測量次數 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10測量結果 1.000 0.999 0.998 0.999 0.998 1.000 1.001 1.001 1.002 0.998

（2）被校儀器的分辨力引入的不確定度評定：

由于被校儀器的在1mA測量點的分辨力為0.001mA，則半寬區間a＝0.000 5mA，服從正態分布，取，則根據公式a/k＝0.000 5/＝0.000 288 6mA。

根據《JJF 1033-2008計量標準考核規范》的規定，若重復性引入的不確定度分量大于被校儀器的分辨力引入的不確定度分量時，可以忽略分辨力引入的不確定度分量，反之，若被校儀器的分辨力引入的不確定度分量大于重復性引入的不確定度分量時，則重復性引入的不確定度分量可以忽略不計[3]。

經過計算，在1mA測量點由重復性引入的不確定度分量為0.001 414mA，遠大于因分辨力引入的不確定度分量0.000 288 6mA，則后者可不予考慮。因此，對輸入量I的標準不確定度u(I)的評定為 0.001 414mA。

（3）輸入量I0的標準不確定度u(I0)的評定：

輸入量I0的不確定度來源主要是由標準器輸出不準引起的不確定度，可采用B類標準不確定度評定的方法予以評定。由于在重復性條件下所測得的測量列的分散性已包含了多功能校準器的穩定度，調節細度及讀數分辨力所引起的不確定度，因此可忽略，不予分析。用多功能校準器作為主標準器，其本身是經更高標準校準合格，可根據技術說明書給出的示值誤差來評定，輸出電流為 1mA 時

3.4 合成標準不確定度的評定

靈敏系數：C1＝?Δ/?I＝1，C2＝?Δ/?I0＝-1

由于輸入量I與I0彼此獨立，互不相關，所以合成標準不確定度如下式：

3.5 擴展不確定度U的評定

通常取包含因子 k＝2，表達式為：U＝k·uc（Δ）。 因此，在 1mA測量點時的擴展不確定度 U 為 0.002 828，即 Urel＝0.3%，k＝2。

同理，其余各個測量點的擴展不確定度U也可按照以上步驟計算得到。

如在10mA測量點時，連續測量10次，測量結果如下表所示：

測量次數 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10測量結果 10.000 9.999 9.999 9.999 10.000 10.001 10.002 10.001 9.998 9.998

可得，S＝0.001 414mA，同樣大于由被校儀器的分辨力引入的不確定度，因此后者也可忽略不計。而由標準器輸出不準引起的不確定度為0.000 23mA，則通過合成標準不確定度計算公式，可以得到在10mA測量點的合成標準不確定度為0.001 433mA，因此，在10mA測量點時的擴展不確定度U為0.002 865，即Urel＝0.3%，k＝2。

綜上所述，AI-6106型氧化鋅避雷器帶電測試儀的顯示電流值的其余各個測量點，均可按照以上不確定度的評定方法及相關步驟進行校準。目前市場上的類似儀器，其輸出電流的校準同樣也可以參照此類方法進行。

4 結語

氧化鋅避雷器測試儀器利用在線監測的原理，能夠對氧化鋅避雷器的運行狀況做出判斷，且方便攜帶，操作簡單，在現今電力部門中廣泛使用。由于反映避雷器的運行狀況的最主要參數就是阻性電流，作為現場測試的最高標準，該類儀器輸出電流值的準確性便顯得尤為重要。本文結合在線監測方法的原理，對其輸出電流值進行校準分析，不僅保證了該類儀器在電力部門現場測試中的正常使用，也確保了該類儀器在計量方面的量值溯源，為今后該類儀器的更新發展提供了一定的技術依據。

[1]楊曉東.氧化鋅避雷器監測方法分析[J].新疆電力技術，2008（2）：26-28.

[2]張則景.淺析氧化鋅避雷器在線測試方法[J].電氣應用，2009(28)：48—51.

[3]JJF1033-2008，計量標準考核規范[S].

[4]顏湘蓮.電力系統中金屬氧化物避雷器的監測與診斷[J].電力自動化設備，2003(2)：79—82.