淺談氧化鋅避雷器測(cè)試儀器的校準(zhǔn)

趙斯衎

（福建省計(jì)量科學(xué)研究院，福建 福州 350003）

1 前言

經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，帶動(dòng)了電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電力設(shè)備的更新?lián)Q代越發(fā)頻繁。氧化鋅避雷器是當(dāng)下最新型的產(chǎn)品，因其卓越的性能、優(yōu)良的品質(zhì)，已取代了其他類(lèi)型的避雷器，成為電力系統(tǒng)中更新?lián)Q代的首選，得到了廣泛的推廣運(yùn)用。由于其運(yùn)行狀況的優(yōu)劣直接關(guān)系著整個(gè)電力系統(tǒng)其他設(shè)備運(yùn)行狀況的好壞，甚至影響著電力系統(tǒng)每個(gè)環(huán)節(jié)的正常運(yùn)行，因此，必須確保氧化鋅避雷器運(yùn)行狀況的安全可靠。

氧化鋅避雷器內(nèi)部相當(dāng)于由電容C和和非線性電阻R并聯(lián)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(yuǎn)大于IR。當(dāng)其絕緣程度發(fā)生劣化時(shí)，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(jù)。由于一般阻性電流不會(huì)超過(guò)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(nèi)部受潮老化是一個(gè)相對(duì)緩慢的過(guò)程，因此，在運(yùn)行條件下，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)的辦法，對(duì)阻性電流進(jìn)行獨(dú)立觀察，進(jìn)而掌握整個(gè)氧化鋅避雷器的實(shí)際運(yùn)行狀況，是目前電力系統(tǒng)中普遍采取的檢測(cè)辦法。目前市場(chǎng)上用來(lái)測(cè)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(jù)在線監(jiān)測(cè)的方法進(jìn)行。由于此類(lèi)儀器方便攜帶，因而被大量用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，其自身的準(zhǔn)確性和可靠性便顯得尤其重要。

本文通過(guò)對(duì)該類(lèi)儀器所采用的工作原理的分析，利用科學(xué)的計(jì)量方法，對(duì)其校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行分析，以達(dá)到量值溯源的目的。

2 氧化鋅避雷器的幾種常見(jiàn)監(jiān)測(cè)方法

目前市場(chǎng)中有各式各樣的氧化鋅避雷器測(cè)試儀器，如AI-6106型氧化鋅避雷器帶電測(cè)試儀，ED0403型氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)儀，HC800-111型避雷器監(jiān)測(cè)器綜合測(cè)試儀等。諸如此類(lèi)儀器，其工作原理仍是依據(jù)在線監(jiān)測(cè)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)的，具體可分為以下幾種。

2.1 總電流監(jiān)測(cè)法

使用避雷器監(jiān)測(cè)器，將其安裝于氧化鋅避雷器線路中，不僅可以對(duì)放電次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，還可長(zhǎng)期對(duì)避雷器的泄漏總電流進(jìn)行監(jiān)控。也可使用高精度的鉗形電流表進(jìn)行測(cè)量，直接讀取泄漏總電流值。

2.2 補(bǔ)償監(jiān)測(cè)法

2.3 諧波分析監(jiān)測(cè)法

采用數(shù)字諧波分析技術(shù)，從總泄漏電流中通過(guò)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(tǒng)電壓的作用下，產(chǎn)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(guò)阻性電流基波分量的變化情況，可判斷氧化鋅避雷器的運(yùn)行狀況。

2.4 零序電流監(jiān)測(cè)法

氧化鋅避雷器內(nèi)部由多個(gè)氧化鋅電阻片構(gòu)成，每個(gè)電阻片都是一個(gè)非線性電阻，其在基波電壓的作用下，會(huì)產(chǎn)生阻性電流的三次諧波[2]。當(dāng)絕緣狀況發(fā)生改變時(shí)，其阻性電流的三次諧波分量IR3會(huì)隨著阻性電流IR的增大而增大，說(shuō)明兩者間存在特定的比例關(guān)系，通過(guò)對(duì)IR3的在線監(jiān)測(cè)，就能得到IR。

3 氧化鋅避雷器測(cè)試儀器的校準(zhǔn)分析

從以上分析不難看出，幾種常見(jiàn)的在線監(jiān)測(cè)方法都圍繞著對(duì)阻性電流的測(cè)試進(jìn)行，因此，作為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試氧化鋅避雷器的最高標(biāo)準(zhǔn)，氧化鋅避雷器測(cè)試儀器對(duì)阻性電流的測(cè)試結(jié)果將直接影響到對(duì)氧化鋅避雷器運(yùn)行狀況的判斷。由于目前國(guó)家或地方并無(wú)針對(duì)該類(lèi)儀器的相應(yīng)檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范，也無(wú)可進(jìn)行校準(zhǔn)、檢測(cè)的專(zhuān)用設(shè)備，因此，給該類(lèi)儀器的量值溯源工作帶來(lái)了困難。本文以AI-6106型氧化鋅避雷器帶電測(cè)試儀為例，通過(guò)對(duì)其測(cè)量結(jié)果的校準(zhǔn)分析，從而達(dá)到對(duì)該類(lèi)儀器的量值溯源目的。

3.1 利用多功能校準(zhǔn)器作為主標(biāo)準(zhǔn)器，將其調(diào)至相應(yīng)量程，并與被校儀器的電流輸入端相連，由標(biāo)準(zhǔn)器輸出標(biāo)準(zhǔn)電流給被校儀器，分別讀取標(biāo)準(zhǔn)器上的標(biāo)準(zhǔn)電流值與被校儀器上的對(duì)應(yīng)電流值。將兩者數(shù)值相減，其差值即為被校儀器電流的示值誤差。

3.2 建立數(shù)學(xué)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(biāo)準(zhǔn)器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電流值。

3.3 各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

（1）輸入量I的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(I)的評(píng)定：

輸入量I的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要是由被校儀器的重復(fù)性引起的，可對(duì)其某一測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，得到一組測(cè)量列，并采用A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定的方法對(duì)其進(jìn)行評(píng)定。以1mA測(cè)量點(diǎn)為例，在相同環(huán)境條件下，對(duì)該測(cè)量點(diǎn)連續(xù)測(cè)量10次，其結(jié)果如下表所示：

測(cè)量次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10測(cè)量結(jié)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(píng)定：

由于被校儀器的在1mA測(cè)量點(diǎn)的分辨力為0.001mA，則半寬區(qū)間a＝0.000 5mA，服從正態(tài)分布，取，則根據(jù)公式a/k＝0.000 5/＝0.000 288 6mA。

根據(jù)《JJF 1033-2008計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》的規(guī)定，若重復(fù)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(shí)，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(fù)性引入的不確定度分量時(shí)，則重復(fù)性引入的不確定度分量可以忽略不計(jì)[3]。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，在1mA測(cè)量點(diǎn)由重復(fù)性引入的不確定度分量為0.001 414mA，遠(yuǎn)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(duì)輸入量I的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(I)的評(píng)定為 0.001 414mA。

（3）輸入量I0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(I0)的評(píng)定：

輸入量I0的不確定度來(lái)源主要是由標(biāo)準(zhǔn)器輸出不準(zhǔn)引起的不確定度，可采用B類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定的方法予以評(píng)定。由于在重復(fù)性條件下所測(cè)得的測(cè)量列的分散性已包含了多功能校準(zhǔn)器的穩(wěn)定度，調(diào)節(jié)細(xì)度及讀數(shù)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(zhǔn)器作為主標(biāo)準(zhǔn)器，其本身是經(jīng)更高標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)合格，可根據(jù)技術(shù)說(shuō)明書(shū)給出的示值誤差來(lái)評(píng)定，輸出電流為 1mA 時(shí)

3.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

靈敏系數(shù)：C1＝?Δ/?I＝1，C2＝?Δ/?I0＝-1

由于輸入量I與I0彼此獨(dú)立，互不相關(guān)，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度如下式：

3.5 擴(kuò)展不確定度U的評(píng)定

通常取包含因子 k＝2，表達(dá)式為：U＝k·uc（Δ）。 因此，在 1mA測(cè)量點(diǎn)時(shí)的擴(kuò)展不確定度 U 為 0.002 828，即 Urel＝0.3%，k＝2。

同理，其余各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的擴(kuò)展不確定度U也可按照以上步驟計(jì)算得到。

如在10mA測(cè)量點(diǎn)時(shí)，連續(xù)測(cè)量10次，測(cè)量結(jié)果如下表所示：

測(cè)量次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10測(cè)量結(jié)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(jì)。而由標(biāo)準(zhǔn)器輸出不準(zhǔn)引起的不確定度為0.000 23mA，則通過(guò)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式，可以得到在10mA測(cè)量點(diǎn)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.001 433mA，因此，在10mA測(cè)量點(diǎn)時(shí)的擴(kuò)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(cè)試儀的顯示電流值的其余各個(gè)測(cè)量點(diǎn)，均可按照以上不確定度的評(píng)定方法及相關(guān)步驟進(jìn)行校準(zhǔn)。目前市場(chǎng)上的類(lèi)似儀器，其輸出電流的校準(zhǔn)同樣也可以參照此類(lèi)方法進(jìn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

氧化鋅避雷器測(cè)試儀器利用在線監(jiān)測(cè)的原理，能夠?qū)ρ趸\避雷器的運(yùn)行狀況做出判斷，且方便攜帶，操作簡(jiǎn)單，在現(xiàn)今電力部門(mén)中廣泛使用。由于反映避雷器的運(yùn)行狀況的最主要參數(shù)就是阻性電流，作為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的最高標(biāo)準(zhǔn)，該類(lèi)儀器輸出電流值的準(zhǔn)確性便顯得尤為重要。本文結(jié)合在線監(jiān)測(cè)方法的原理，對(duì)其輸出電流值進(jìn)行校準(zhǔn)分析，不僅保證了該類(lèi)儀器在電力部門(mén)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中的正常使用，也確保了該類(lèi)儀器在計(jì)量方面的量值溯源，為今后該類(lèi)儀器的更新發(fā)展提供了一定的技術(shù)依據(jù)。

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

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

[3]JJF1033-2008，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范[S].

[4]顏湘蓮.電力系統(tǒng)中金屬氧化物避雷器的監(jiān)測(cè)與診斷[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2003(2)：79—82.