便攜式ZVS避雷器計數器測試儀研制與應用

馬立乾

0 引言

同煤電網處于大同市北部，其地理位置和復雜的地形構成了頻繁雷暴的氣候環境。雷暴不僅給工農業生產和人民生活造成損害，也直接威脅著電網的安全運行。避雷器計數器是監測避雷器泄漏電流和記錄雷擊次數的儀器，運行人員通過觀測避雷器計數器就可了解雷電放電次數和泄漏電流大小，進而判斷避雷器是否正常工作及雷電的活動情況[1]。

過去一直采用的是絕緣搖表加電容器的方法對避雷器計數器進行試驗，這就要一人用絕緣搖表給高壓電容進行持續充電，另一人對避雷器計數器進行放電，試驗過程中會出現充電電壓不穩定，計數器指針不跳的現象，而且在計數器每個檔位試驗時還需多次充放電，效率極低。由于試驗的反復性，不僅易損壞絕緣搖表，而且操作人員誤碰測試線容易造成電擊傷害。試驗結束后必須對電容正負極短接放電，否則極易被電容中的高電壓電擊，危及試驗人員的安全。

目前市場上測試儀的高壓源采用的電路結構各不相同，分別有工頻、中頻、高頻倍壓電路，其中工頻倍壓易受電源電壓波動影響，輸出高壓不穩定，帶負載能力較差；中頻倍壓電路調寬調制電路復雜，帶感性負載能力較差，需配套復雜的負載短路保護電路才能保證儀器的可靠使用；高頻倍壓中高壓變壓器絕緣要求高、空載電流大，且高頻振蕩回路的可靠性低。而且它們都存在一個共同的問題，不能滿足高壓輸電線路上的避雷器計數器的校驗。

1 現有技術手段測試過程中的問題

避雷器是防止雷電過電壓的有效設備，而避雷器計數器起著監測和記錄雷擊次數的作用，它直接提供給運行人員雷電放電次數，同時運行人員通過避雷器計數器指示的泄漏電流大小判斷避雷器是否正常工作。目前校驗避雷器計數器的手段是用絕緣搖表加電容器以及市場上銷售的避雷器計數器測試儀兩種。測試過程中會存在以下問題：

（1）我們公司以前在對計數器進行年校時，線路避雷器計數器需要將其拆下來，帶回單位試驗完成后在再安裝，工作量極大。并且線路避雷器的數量相當多，由于停電時間有限，不可能將每一個避雷器計數器都進行試驗，使得電網安全運行存在著一定的隱患。

（2）在對站用避雷器計數器采用絕緣搖表加電容器進行試驗時，試驗過程中會出現充電電壓不穩定，計數器指針不跳的現象，并且測試時間間隔大于30 秒，且測試過程中需要始終保持高壓輸出，存在安全隱患。而且在計數器每個檔位試驗時還需多次充放電，效率極低。

（3）由于實驗的反復性，不僅易損壞絕緣搖表，而且操作人員誤碰測試線容易造成電擊傷害。試驗結束后還需對電容正負極短接放電，否則極易被電容中的高電壓電擊，危及試驗人員的安全。

2 便攜式ZVS避雷器計數器測試儀技術方案設計

2.1 設計思路

（1）將ZVS 推挽自激升壓模塊[3]應用于該避雷器計數器測試儀中，用于控制高壓發生器。其特點是發熱低，性能穩定。

（2）電源部分設計為鋰電池直流供電，體積小，易攜帶，并且配置了欠壓、過壓、過載及短路保護。

（3）儲能回路由10個電解電容串聯組成，即起到了分壓作用，又能保證沖擊電流達到測試要求。

（4）采用了充放電互閉鎖電路，可極大的提高該儀器的安全性能。

2.2 技術方案

便攜式ZVS避雷器計數器測試儀功能原理介紹：

圖1 便攜式ZVS避雷器計數器測試儀功能原理圖

①電源：電源部分由3節鋰電池供電，產生12 V、5 V兩路電源，其中12 V用于ZVS模塊起振，5 V用于電壓監測電路，并且配置欠壓、過壓、過載及短路保護。

②ZVS 模塊：ZVS 模塊內部由兩只場效應管Q1、Q2，它們與R1、R2、D1、D2、C、T組成推挽自激振蕩電路。振蕩過程中由D3 鉗位Q1 柵極電壓，D4 鉗位Q2柵極電壓，L1為振蕩器補充電能。

③控制單元：該單元由機械電路及3 個按鍵K1（控制鍵）、K2（啟動鍵）、K3（測試鍵）構成。K1 在充電位置時電路閉鎖，可對電池充電，即圖2所示充電閉鎖；在打開位置時電路解鎖，同時按下K2鍵時ZVS模塊起振，儲能器充能；K3鍵啟動時儲能器向外電路釋放能量，進行測試。測試完成后讓K2鍵彈起，接通放電電阻，完成放電。

④儲能器：由10 個電解電容串聯組成，ZVS 起振后通過控制單元給儲能器充電，充滿后再通過控制單元向外電路放電。電容串聯即起到了分壓作用，又能保證沖擊電流達到測試要求。

⑤閉鎖電路：該電路實時監測ZVS 輸出端電壓，當其高于閾值（可調）時通過反饋電路將電源輸出端繼電器節點斷開，ZVS 模塊停止工作；當監測到ZVS 模塊輸出端電壓低于閾值時，繼電器節點閉合，ZVS 模塊起振。此電路起到保護鋰電池的作用。

⑥電壓監測：本儀器設有電源電壓監測及工作電壓監測兩部分，其中電源電壓監測的是電池電壓，工作電壓監測的是儲能器輸出端電壓。所有元件安裝在內膽絕緣的鋁合金手提箱內（見圖2）。控制面板采用高分子亞克力板制作，面板設置控制按鈕、啟動按鈕、測試按鈕、電壓示數表兩塊、高壓輸出試驗端。

圖2 實物圖

2.3 技術參數

（1）輸出電壓：DC0-1 000 V

（2）輸出電流：＞100A/20 us

（3）輸入電壓：12/5 V

（4）電壓表：工作電壓監測表：DC 1 000 V

電源電壓監測表：DC 30 V

3 與現有技術相比具有的有益效果

安全性：本實驗儀器采用了充、放電互閉鎖電路，即當ZVS 模塊在給儲能器充電時，儲能器的輸出端沒有電壓，當按下測試按鈕時儲能器輸出端才會產生高壓試驗電源，并且試驗完成后再次按下K2按鈕后，輸出端接通放電電阻，對儲能器進行放電，避免了操作人員誤碰測試線造成電擊的傷害。

適用性：采用直流源提供動力，體積小、便于攜帶，并可對線路避雷器進行現場試驗。

該儀器輸出的標準沖擊電流持續、抗短路能力強，測試間隔僅為0.5 s。

由兩人協作校驗減少為一人完成避雷計數器校驗，節省了人力，提高了工作效率。

經濟性：該儀器在檢修試驗過程中，有效地解決了線路計數器就地試驗及避雷計數器試驗與人身安全問題，其在安全中創造的經濟價值無法估量。

4 結論

本次試驗階段共制作了3 臺樣機，并在同煤電網春檢檢修期間測試了400 多個計數器，測試結果表明：測試時間縮短了約20～30 倍，以前測試一只計數器需要5～8 分鐘，使用該儀器只需要10～15 秒即可完成；測試成功率較傳統方法有較大的提高，可達到100%；由于采用直流源提供動力，體積小、便于攜帶，可對線路避雷器進行現場試驗，節省了人力還提高了試驗效率。目前該儀器已申報并獲得國家實用新型專利。