關于便攜式氧化鋅避雷器多功能智能測試裝置的研究分析

邵洪平 李學騰

摘要：安裝避雷器是防止雷擊事件最有效、最便捷的方式。據調查，絕大部分的避雷器所采用的材料是氧化鋅。在長期的使用過程中，有必要對氧化鋅避雷器的各項物理參數進行檢測，以確保氧化鋅避雷器能夠正常工作。在金屬氧化鋅避雷器（MOA）的眾多物理參數中，其阻性電流大小能夠最直觀地反應設備的狀態。在傳統的測量方式中，由于電壓和電流檢測儀器是一體的，因此每次檢測時需要進行接線。每一次接線都存在一定的風險，且檢測耗時耗力。同時，由于變電站的氧化鋅避雷器數量眾多，電壓互感器二次端子箱和避雷器的距離相對較遠，部分測試設備體積較大，接線繁瑣，往往需要較多工作人員配合完成帶電測試，導致測試工作效率低，工作強度大。鑒于此，筆者擬研制一種便攜式多功能檢測裝置。目的在于能夠實現對避雷器的泄露電流以及阻性電流等參數進行準確的檢查，同時嚴格控制其大小，使其便于攜帶。

關鍵詞：避雷器;測試裝置;應用研究

前言

通過對市場的調研發現，市面上并無類似便攜式氧化鋅避雷器測試裝置的產品，然而實際的電力生產過程中卻需要用到類似的設備。考慮到現代電力行業的發展需求，筆者決定對此類測試裝置進行研究，朝著小型化方向發展，在填補市場空白的同時也為電力行業節約人力物力，推動推動行業進步。

1測試裝置的功能原理與使用

以測試過程為順序，介紹有關接地連接、地線電流檢測、電弧偵測等測試的原理與使用。

1.1啟動測試

設備在測試模式下，核對測試條件、被測件連接正確后，按下START鍵即可啟動測試。

1.2電壓上升

有些被測件特性對電壓的突變比較敏感，需要使用此功能。設備開始輸出時輸出電壓為零，開始電壓輸出時，設備會以0.1S為單位控制輸出電壓上步進升，步進升壓值根據測試電壓和電壓上升時間確定（ΔV=V/（10*S））。如果關閉電壓上升時間（RISE OFF）默認電壓上升時間為0.1秒。

1.3高壓測試

對被測件進行高壓測試。此時應該可以保證測試電路正確，測試結果不會受一些特殊的附帶參數影響，是測試需要的實際耐壓電流。

1.4電流超限與電弧偵測（ARC）功能

電流超限分類：電流下限、電流上限、電流量程超限、電弧偵測。

⑴電流下限判斷（LOW）：一般做為測試低端斷開判斷使用。當設備測試設備時，設備肯定會有一定的漏電流，當設備測試的漏電流小于下限設定電流值時認為測試失?。]有連接設備），如果被測元件本身漏電流很小則必須關閉此功能。

⑵電流上限判斷（HIGH）：最常用的測試電流超限判斷。當設備測試設備時，設備肯定會有一定的漏電流，當設備測試的漏電流大于上限設定電流值時，認為設備耐壓不夠測試失敗。

⑶電流量程超限：電流采樣判斷較慢， 絕緣崩潰時電流變化較快采樣電路無法及時作出反映，而電流峰值已經超過了上限電流所在的電流量程的測試范圍，則會觸發此類超限判斷。由于電流超限后無法采集數據，此時的輸出結果為合格時的最后一次測試結果，超限時判斷顯示（RANG FAIL）。

⑷電弧偵測（ARC）：是面向元件測量的一個很實用的功能，它測試的是高壓測試回路中有局部電路瞬間打火引起的電流突變。由于疊加在正常的測試電流上，突變時間較短，以上的普通電流檢測電路無法響應電流變化作出合適的判斷。電弧偵測電路濾除了正常電流值，只處理高速的電流脈沖變化。由于低通濾波和電弧的大小本身帶有隨機性，此功能只能大概估計局部打火的程度。由于電流超限后無法采集數據，此時的輸出結果為合格時的最后一次測試結果。

電流超限判斷和電弧偵測的頻率響應比對（見上圖2）：①圖中A區：為電流采樣顯示電路頻響，因為要濾除電源頻率的紋波，采樣分析響應速率大概為0.1S級別。②圖中B區：電流快速響應電路。它只濾除高頻干擾的信號，可以很快的響應過流峰值信號。由于沒有濾波不能做高精度比對，只能做超量程判斷，響應速率大概為1mS級別。③圖中C區：電弧偵測電路。電弧偵測電路只采樣電流中發生突變的幅值，如果測試電流沒有發生突變，即使是電流超限了電弧偵測電路也不會有響應， 響應速率大概為0.1mS級別。注：交流的測試頻率為50/60Hz。

1.5不合格判斷

如果測試結果超出測試項目設定的條件，或者瞬間電流超過設備可以承受的最大輸出電流，設備都會判斷被測件不合格。 并立即停止當前測試，切斷電壓輸出，進入測試結果不合格的處理程序。

1.6 測試結果處理

如果測試過程出現超限，設備會顯示不合格判斷（FAIL）， 不合格指示燈亮。

測試時間結束后測試結果判斷為（PASS）。顯示合格判斷（PASS），合格指示燈亮。（合格判斷處理模式受SYSTEM的PASS HOLD 控制）。會自動轉移到下一個測試項目，或者退回測試等待狀態。

從此狀態開始到下一個項目開始高壓啟動前，操作人員可以用軟件查詢測試數據和結果。

1.7 STOP（停止測量）

在整個測試過程中的任意狀態按下STOP鍵，設備自動結束測試，結束測試時不會有任何測試結果判斷輸出。但是測試結束狀態，操作人員可以用軟件查詢按STOP前設備測試到的數據。

檢測裝置能夠實現對電壓互感器上的電壓進行在線監測，而且需要測量避雷器阻性電流時，它還能夠配合電流檢測裝置共同用于檢測工作的開展。按照設計，電流檢測裝置以及電壓檢測裝置是分開的，前者體積小而，可以隨時攜帶，而后者雖然不像前者一樣輕便，但勝在只需要安裝一次，無需重復拆卸。在進行檢測的時候，有關工作人員只需要將電流檢測裝置帶到現場，與安裝好的電壓檢測裝置一起進行檢測裝置即可。在正式進行測量任務時，首先由電流檢測裝置將測量命令發送給電壓基礎裝置。當電壓檢測裝置接收到傳來的指令后，開始進行測量工作。當電壓檢測裝置測量測量任務完成后，再將所測得的數據通過無線通信信號傳輸回電流檢測裝置。電流檢測裝置將測量數據一并發送到計算機計算電壓電流基波分量的相差，進而得到MOA的阻性電流。

2 目前存在的問題

氧化鋅保險器的用途主要分三種：首先是保護戶內外電壓互感器的二次側，主要是防止高電壓竄入二次回路，導致電壓突然升高而對用戶以及用電設備造成損傷，威脅生命健康與財產安全;其次是用于電力變壓器的低壓側，用來防范發生擊穿的時候低壓側的電壓突然升高;最后是用于保護其他用電設備。氧化鋅保險器實際上是電壓能量的吸收器，在正常工作的時候，加入電壓超過限制，設備便會通過氧化鋅保險器泄放掉大量的能量，以此來限制電壓，進而起到保護用電設備的作用。

而如何檢驗氧化鋅保險器，使其能夠在擊穿的時候短路，其他情況下開路，成了一個難題。筆者將研制一種針對氧化鋅保險器的測試裝置，可對氧化鋅保險器實現智能檢測同時兼有絕緣電阻、絕緣耐壓的的測試功能，體積小，輕便易攜帶。

3目前能解決的主要問題

目前已經攻克的問題以及解決方式如下：

⑴數據的記錄問題：開發出嵌入式系統軟件，可通過程序控制，實現智能設置、記錄、存儲、分析、圖形化、查詢、打印。

⑵移動電源的問題：研制出一套以程序控制的多電壓組合波形電源的發生器。

⑶數據顯示以及交互界面的問題：通過設計，實現了彩色液晶操作顯示，外形的設計往便攜方向靠攏，操作界面在設計的時候也考慮人性化的問題。

⑷網絡問題：可以切換網絡狀態使用，在線狀態以及離線狀態均可正常使用。

⑸匹配性問題：一機可兼容多種功能，實現效率最大化。

4研究措施

首先通過各種方式搜尋市面上的類似產品，然而并無所獲。再考慮到電力生產需要用到這類設備，因此結合現代電力發展的需求，對市面上的各類有關設備進行綜合的比較分析，整理相關的資料，并根據現有的科學理論進行設計。

對相關設備進行試驗，有目的性的觀察以及記錄某些方面的數據，再逐步整合，結合實驗中產生的現象來確定導致現象發生的條件，最后得出相應的因果關系。這么做的目的是想要搞清各個自變量與因變量之間的關系，為實現設計中想要達到的各種功能做好理論準備。

5技術要點以及創新點

通過不斷地試驗，總結歸納實驗得出的數據以及結論，目前本測試裝置的技術關鍵點以及創新點主要如下：

⑴通過本系統高精度準確的測試保險器擊穿放電電壓，擊穿電流等參數;過電壓通過后，產品迅速恢復正常運行狀態（絕緣狀態）。對保險器進行程控測試及智能分析。

⑵使用程控多波形系統對保險器壽命作智能預計及量化考核。

⑶使用程控多波形系統可應用于多種類型、結構、材質的保險器。

⑷程控多電壓、多電流、多波形擊分析系統，硬件以多電壓組合波形電源發生器為基礎，軟件具備智能設置、記錄、存儲、分析、圖形化等。

⑸裝置可具備絕緣耐壓測試和絕緣電阻測試等多種功能。

6 MOA便攜式檢測裝置設計和實現

新型擊穿保險測試儀可以提供5kVAC/12mA耐壓、6kVDC/5mA耐壓、絕緣電阻測試。設備的原理結構：高壓模塊是一個DA基準、可控正弦發生器、AB類功放、40～600Hz高壓變壓器升壓，輸出電壓閉環控制。

DA基準：保證輸出電壓幅值可控。

可控正弦發生器：在交流輸出時可以設定工作在50或60Hz，不再受線電壓限制;

線性功放：電壓波形的失真度小，控制簡單可靠性高。

40～600Hz高壓變壓器升壓：針對DC和絕緣電阻測試的電源紋波大的問題，測試設備產生600Hz交流電源，整流后形成直流電壓做為電源，保證了直流電源紋波輸出較小。

輸出電壓閉環控制：保證負載調整率很小，測試數據可靠。

在實際進行測量作業時，如果待測避雷器存在電流泄露，如果將電流鉗夾住避雷器下端所連接的雷擊計數器，那么由于相對于計數器的電阻而言電流鉗的電阻要小得多，所以電流會選擇電阻較小的通路也就是電阻鉗。電流就全部順著電流鉗引入到測量設備中了。而當測量設備采集到電流之后，電流會進一步輸入到前級放大器中。測量鉗直接連接的裝置是保護裝置，這是為了避免由于引入的電流過大而對檢查設備造成損壞。而當引入的電流過小時，往往測量的準確度達不到要求，因此采用放大器進行放大，將電流值控制在既不會對設備造成損害也能夠達到測量要求的范圍內。

7 電壓監測裝置電路設計

電壓檢測裝備是預先安裝在待測部位上的。其整體的結構實際上和電流檢測裝置類似具有相似性。都是采用了微控制單元作為控制器，采用無相差放大器來對數據進行放大處理。同時也具有GPS來實現同步測量，具有無線通信模塊來進行信號通信，具有存儲設備來實現數據的存儲。需要重點介紹的是，在電壓檢測種植的無線通信模塊中可以通過撥碼開關切換裝置的通訊地址，這樣的功能在于當電流檢測裝置傳遞檢測命令時能夠正確的識別待測電壓設備，而不會出現多個電壓檢測裝置共同接受到信號的情況。當互感器接收到電壓信號后，便會將其接入空氣開關，然后測量電阻將會把它變成電流信號，交由MCU內部的其他模塊進行采樣計算。計算的最終結果將會以無線通信的方式發給電流檢測設備，最后通過比較避雷器電壓電流信號的相位差計算出阻性電流。

8結語

金屬氧化鋅避雷器逐漸成為了避雷器家族中使用最廣泛的一個類別，其檢測工作是進行日常維護和保養的關鍵環節。筆者通過調查發現市場上并無類似便攜式氧化鋅避雷器多功能智能測試裝置的產品，考慮到電力生產中需要用到類似的產品，便進行了相對應的研究。在本文中筆者詳細介紹了一種便攜式MOA 阻性電流測量系統。實現便攜這一特性的主要思路是將電壓測量裝備和電流測量準備分離，后者作為攜帶的部分，前者作為固定設備。這樣不僅可以將裝置分離實現便攜，而且還能夠避免每次測量工作時的接線環節。相對于傳統的方式更加高效、安全，經過檢驗其檢測效果良好值得大范圍推廣。

參考文獻

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作者簡介：邵洪平（1968-），男，高級技師，云南電網有限責任公司三級技能專家;

李學騰（1993-），男，助理工程師，云南電網有限責任公司大理供電局變電修試所技術員。