避雷器计数器综合校验装置的研制
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摘 要：避雷器放电计数器和避雷器监测器在变电站避雷器实时在线监测中广泛应用，为监测避雷器的性能起到重要作用。避雷器监测器在线运行时间长，容易造成计数器计数不灵敏，泄漏电流测量不准确等问题，对避雷器的正常监测工作造成不利影响。因此需要研究设计出一种便携式避雷器监测器综合校验装置，用于对避雷器计数器和监测器雷电计数功能和监测泄漏电流功能进行综合检验，以判断和校验避雷器监测仪工作是否正常。
关键词：避雷器 放电计数器 避雷器监测器
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）09（b）-0032-02
根据设计目的要求，所研发设计的便携式避雷器监测器综合校验装置需要实现的两大功能模块：组合波（1.2/50 μs的电压波，8/20μs的电流波）发生电路和工频电流（0.1～10 mA）产生电路。组合波发生电路采用已有的便携式测试仪电路实现，以产生大于100 V的冲击电压信号，达到避雷器计数器国家标准（JB 2440-91）中的下限动作电压。工频电流装置采用单片机加D/A芯片、软件硬件结合的方式产生。通过程序设计，控制单片机产生合理的信号，经过D/A转换，达到产生正弦波的目的。
1 概述
避雷器的类型主要有保护间隙、阀型避雷器和氧化锌避雷器。保护间隙主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统、线路及变电所进线段保护。阀型避雷器与氧化锌避雷器用于变电所和发电厂的保护，在500 kV及以下系统主要用于限制大气过电压，在超高压系统中还将用来限制内过电压或作为内过电压的后备保护。
避雷器放电计数器和避雷器监测器起着监测避雷器泄漏电流和用作雷击次数统计的作用。串接在避雷器接地回路中，监测器中的毫安表用于监测运行电压下通过避雷器的漏电流有效值，可以判断避雷器内部是否受潮，元件是否异常等情况，从而提早有效地发现避雷器内部缺陷，避免运行中事故的发生。动作计数器则是记录避雷器在过电压下动作的次数，若避雷器在过电压下频繁动作，如果处理不及时还容易造成避雷器爆炸的危险情况。
在正常运行电压下，流过计数器的漏电流非常小，计数器不动作。当避雷器通过雷电波、操作波和工频过电压时，强大的工作电流从计数器的非线性电阻通过，经过直流变换，对电磁线圈放电而使计数器吸动一次，来实现测量避雷器动作次数的装置，这是常用避雷器监测器的工作原理。在结构上大多采用电阻片取压、电磁线圈动作、计数器显示、透明玻璃罩、密封橡皮垫、底版及法兰等进行卡装密封，高压出线端从底板中心引出。
避雷器监测器在线运行时间长，容易造成计数器计数不灵敏，泄漏电流测量不准确等问题，对避雷器的正常监测工作造成不利影响。避雷器放电计数器是串在避雷器接地回路中用于监测避雷器动作次数和泄漏电流的设备，其主要故障是“动作计数器不动作”和“泄漏电流表指示不准确”。
以下几种情况可能е滤出问题。
（1）安装工艺不佳，在运输途中颠簸后，计数器卡死而无法动作。（2）密封圈老化，导致内部潮湿、进水，泄漏电流表读数误差增大。（3）长时间挂网运行后，表内的阀片老化。（4）避雷器表面的污秽电流流入表里后会导致泄漏电流增加，产生误判。
针对避雷器监测器容易出现的诸多问题，迫切需要一种方便可靠的现场综合校验装置，能实现现场对避雷器监测器进行雷电计数器动作校验和泄漏电流校准的工作，以确保监测器功能稳定可靠，进而保证变电站避雷器的正常运行工作。
2 冲击电压发生装置的设计原理
根据GB/T 17626.5-1999电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验的规定，能产生开路电压波形、短路电流波形的信号发生器被称为组合波浪涌信号发生器（CWG）或组合波信号发生器。
为产生测试校验所需要的组合波信号，研制的组合波发生电路基本原理如图1所示，该组合波电路主要包括直流高电压电源、组合波发生回路、测量部分和单片机接口等部分。高频升压电源经充电电阻R1向高压储能电容C充电，控制电路通过电容C两端的电阻分压器实时监测电容两端的电压值，当充电达到预定值时，控制电路停止对电容充电，随后触发高压放电开关闭合，经过组合波发生回路输出最大幅值为300 V的1.2/50 μs冲击电压波和最大幅值为150 A的8/20 μs的冲击电流波，波形参数满足国标GB 18802.1-2002的要求。通过电容式分压器测量试品两端的冲击电压值，将高幅值电压按线性分压到单片机可以承受的电压范围。通过罗戈夫斯基线圈测量流过试品的冲击电流信号，将电流信号转换为单片机容易处理的电压信号。分压器和罗氏线圈的输出冲击电压信号先经过高精度峰值保持电路，然后通过AD模块进行测量和数据采集，将对应的数字信号提供给控制电路进行进一步的控制和显示。整个仪器采用8051单片机作为智能控制单元，采用C语言编程实现智能控制、数据采集、存储和显示等功能。
3 工频电流发生装置的原理
稳定工频电流产生电路原理是利用已有的变频模块（输入50 Hz工频信号，输出可以得到高达100 V的工频电压）产生一个幅值可调的工频电压，加在避雷器监测器两端，通过控制单片机输出50Hz工频小信号的幅值，来达到控制变频模块输出电压，进而控制测试回路的电流的目的。为了在测试回路中得到稳定的电流值（从0.1～10 mA多档位的电流值）的目的，需要在测试回路中加入电流负反馈环节，反馈信号与单片机所加信号进行比较，达到闭环控制单片机输出正弦波幅值的效果，进而最终稳定测试回路电流值的目的。
4 预计效益
研究设计便携式避雷器计数器综合校验装置，能产生最大幅值为6 kV的1.2/50 μs冲击电压波（负载侧开路时）、最大幅值为3 kA的8/20 μs的冲击电流波（负载侧短路时）的组合波，实现对避雷器计数器的动作次数校验。该装置能产生开口电压不低于100 V的0.1～10 mA的标准工频电流，以校验避雷器计数器的电流指示准确度。
方便对避雷器的监测和试验，便于日常电网设备的运行和维护，确保避雷器的可靠性，提高避雷器对各类过电压的保护性能，大大降低各类过电压对电网设备安全稳定运行的影响。可以减少停电和设备因过电压而损坏，具有较好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 陆春玉，张晋寅，王竣.有固相析出的逆流多效蒸发系统的新设计方法[J].电瓷避雷器，2015（2）：77-81.
[2] 刘红，张力军，欧朝龙，等.种可溯源的氧化锌避雷器测试仪校验装置的研制[J].湖南电力，2009（6）：1-3.