避雷器計數器綜合校驗裝置的研制

張潮+王毅+楊勇+商振東+鄭慶偉

摘 要：避雷器放電計數器和避雷器監測器在變電站避雷器實時在線監測中廣泛應用，為監測避雷器的性能起到重要作用。避雷器監測器在線運行時間長，容易造成計數器計數不靈敏，泄漏電流測量不準確等問題，對避雷器的正常監測工作造成不利影響。因此需要研究設計出一種便攜式避雷器監測器綜合校驗裝置，用于對避雷器計數器和監測器雷電計數功能和監測泄漏電流功能進行綜合檢驗，以判斷和校驗避雷器監測儀工作是否正常。

關鍵詞：避雷器 放電計數器 避雷器監測器

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）09（b）-0032-02

根據設計目的要求，所研發設計的便攜式避雷器監測器綜合校驗裝置需要實現的兩大功能模塊：組合波（1.2/50 μs的電壓波，8/20μs的電流波）發生電路和工頻電流（0.1～10 mA）產生電路。組合波發生電路采用已有的便攜式測試儀電路實現，以產生大于100 V的沖擊電壓信號，達到避雷器計數器國家標準（JB 2440-91）中的下限動作電壓。工頻電流裝置采用單片機加D/A芯片、軟件硬件結合的方式產生。通過程序設計，控制單片機產生合理的信號，經過D/A轉換，達到產生正弦波的目的。

1 概述

避雷器的類型主要有保護間隙、閥型避雷器和氧化鋅避雷器。保護間隙主要用于限制大氣過電壓，一般用于配電系統、線路及變電所進線段保護。閥型避雷器與氧化鋅避雷器用于變電所和發電廠的保護，在500 kV及以下系統主要用于限制大氣過電壓，在超高壓系統中還將用來限制內過電壓或作為內過電壓的后備保護。

避雷器放電計數器和避雷器監測器起著監測避雷器泄漏電流和用作雷擊次數統計的作用。串接在避雷器接地回路中，監測器中的毫安表用于監測運行電壓下通過避雷器的漏電流有效值，可以判斷避雷器內部是否受潮，元件是否異常等情況，從而提早有效地發現避雷器內部缺陷，避免運行中事故的發生。動作計數器則是記錄避雷器在過電壓下動作的次數，若避雷器在過電壓下頻繁動作，如果處理不及時還容易造成避雷器爆炸的危險情況。

在正常運行電壓下，流過計數器的漏電流非常小，計數器不動作。當避雷器通過雷電波、操作波和工頻過電壓時，強大的工作電流從計數器的非線性電阻通過，經過直流變換，對電磁線圈放電而使計數器吸動一次，來實現測量避雷器動作次數的裝置，這是常用避雷器監測器的工作原理。在結構上大多采用電阻片取壓、電磁線圈動作、計數器顯示、透明玻璃罩、密封橡皮墊、底版及法蘭等進行卡裝密封，高壓出線端從底板中心引出。

避雷器監測器在線運行時間長，容易造成計數器計數不靈敏，泄漏電流測量不準確等問題，對避雷器的正常監測工作造成不利影響。避雷器放電計數器是串在避雷器接地回路中用于監測避雷器動作次數和泄漏電流的設備，其主要故障是“動作計數器不動作”和“泄漏電流表指示不準確”。

以下幾種情況可能導致它出問題。

（1）安裝工藝不佳，在運輸途中顛簸后，計數器卡死而無法動作。（2）密封圈老化，導致內部潮濕、進水，泄漏電流表讀數誤差增大。（3）長時間掛網運行后，表內的閥片老化。（4）避雷器表面的污穢電流流入表里后會導致泄漏電流增加，產生誤判。

針對避雷器監測器容易出現的諸多問題，迫切需要一種方便可靠的現場綜合校驗裝置，能實現現場對避雷器監測器進行雷電計數器動作校驗和泄漏電流校準的工作，以確保監測器功能穩定可靠，進而保證變電站避雷器的正常運行工作。

2 沖擊電壓發生裝置的設計原理

根據GB/T 17626.5-1999電磁兼容試驗和測量技術浪涌（沖擊）抗擾度試驗的規定，能產生開路電壓波形、短路電流波形的信號發生器被稱為組合波浪涌信號發生器（CWG）或組合波信號發生器。

為產生測試校驗所需要的組合波信號，研制的組合波發生電路基本原理如圖1所示，該組合波電路主要包括直流高電壓電源、組合波發生回路、測量部分和單片機接口等部分。高頻升壓電源經充電電阻R1向高壓儲能電容C充電，控制電路通過電容C兩端的電阻分壓器實時監測電容兩端的電壓值，當充電達到預定值時，控制電路停止對電容充電，隨后觸發高壓放電開關閉合，經過組合波發生回路輸出最大幅值為300 V的1.2/50 μs沖擊電壓波和最大幅值為150 A的8/20 μs的沖擊電流波，波形參數滿足國標GB 18802.1-2002的要求。通過電容式分壓器測量試品兩端的沖擊電壓值，將高幅值電壓按線性分壓到單片機可以承受的電壓范圍。通過羅戈夫斯基線圈測量流過試品的沖擊電流信號，將電流信號轉換為單片機容易處理的電壓信號。分壓器和羅氏線圈的輸出沖擊電壓信號先經過高精度峰值保持電路，然后通過AD模塊進行測量和數據采集，將對應的數字信號提供給控制電路進行進一步的控制和顯示。整個儀器采用8051單片機作為智能控制單元，采用C語言編程實現智能控制、數據采集、存儲和顯示等功能。

3 工頻電流發生裝置的原理

穩定工頻電流產生電路原理是利用已有的變頻模塊（輸入50 Hz工頻信號，輸出可以得到高達100 V的工頻電壓）產生一個幅值可調的工頻電壓，加在避雷器監測器兩端，通過控制單片機輸出50Hz工頻小信號的幅值，來達到控制變頻模塊輸出電壓，進而控制測試回路的電流的目的。為了在測試回路中得到穩定的電流值（從0.1～10 mA多檔位的電流值）的目的，需要在測試回路中加入電流負反饋環節，反饋信號與單片機所加信號進行比較，達到閉環控制單片機輸出正弦波幅值的效果，進而最終穩定測試回路電流值的目的。

4 預計效益

研究設計便攜式避雷器計數器綜合校驗裝置，能產生最大幅值為6 kV的1.2/50 μs沖擊電壓波（負載側開路時）、最大幅值為3 kA的8/20 μs的沖擊電流波（負載側短路時）的組合波，實現對避雷器計數器的動作次數校驗。該裝置能產生開口電壓不低于100 V的0.1～10 mA的標準工頻電流，以校驗避雷器計數器的電流指示準確度。

方便對避雷器的監測和試驗，便于日常電網設備的運行和維護，確保避雷器的可靠性，提高避雷器對各類過電壓的保護性能，大大降低各類過電壓對電網設備安全穩定運行的影響。可以減少停電和設備因過電壓而損壞，具有較好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 陸春玉，張晉寅，王竣.有固相析出的逆流多效蒸發系統的新設計方法[J].電瓷避雷器，2015（2）：77-81.

[2] 劉紅，張力軍，歐朝龍，等.種可溯源的氧化鋅避雷器測試儀校驗裝置的研制[J].湖南電力，2009（6）：1-3.