新型避雷器放電計(jì)數(shù)器校驗(yàn)儀研制

汪迪鋒，徐炎斌，吳祖現(xiàn)

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門(mén)供電局，廣東江門(mén) 529000）

0 引言

避雷器是電網(wǎng)系統(tǒng)中的重要設(shè)備，用于保護(hù)電氣設(shè)備免受過(guò)電壓危害，也被稱為過(guò)電壓保護(hù)器。過(guò)電壓主要包括大氣過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓，大氣過(guò)電壓主要有雷電壓，內(nèi)部過(guò)電壓主要有操作過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓。當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，避雷器可以被視為高阻，理想情況下沒(méi)有電流通過(guò)。當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)遭受瞬態(tài)過(guò)電壓沖擊時(shí)，例如雷電沖擊，避雷器能快速對(duì)地釋放高壓能量，保護(hù)電氣設(shè)備不受過(guò)電壓傷害，并能迅速截?cái)嗬m(xù)流，維持殘壓在較低水平，減少對(duì)電力系統(tǒng)的沖擊。

避雷器的類(lèi)型主要有保護(hù)間隙、管式避雷器、閥型避雷器和氧化鋅避雷器。當(dāng)前電網(wǎng)系統(tǒng)中，保護(hù)間隙主要用于限制大氣過(guò)電壓，多用于線路及變電站的進(jìn)線段保護(hù)，而且常常與其他類(lèi)型避雷器配合使用。管式避雷器和閥型避雷器因?yàn)樾阅懿环€(wěn)定，已基本被淘汰?，F(xiàn)在電網(wǎng)系統(tǒng)廣泛采用的是氧化鋅避雷器，因?yàn)檠趸\避雷器的非線性特性極佳、性能穩(wěn)定，而且性價(jià)比極高。

避雷器放電計(jì)數(shù)器安裝在避雷器的底部（圖1），與避雷器串聯(lián)后與大地連接，用于監(jiān)測(cè)避雷器受到雷擊或電網(wǎng)過(guò)電壓沖擊的次數(shù)，以及正常運(yùn)行時(shí)流過(guò)避雷器的泄漏電流，主要由計(jì)數(shù)器和內(nèi)部毫安表組成。避雷器計(jì)數(shù)器將避雷器泄漏電流和動(dòng)作次數(shù)定量化，既可以直觀地監(jiān)測(cè)避雷器設(shè)備是否正常，又可以做數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，方便對(duì)比、分析，從而更加科學(xué)合理地分析避雷器運(yùn)行狀態(tài)，為電網(wǎng)設(shè)備提供日常維護(hù)建議和指導(dǎo)。

圖1 避雷器放電計(jì)數(shù)器安裝位置

1 避雷器放電計(jì)數(shù)器動(dòng)作原理

避雷器放電計(jì)數(shù)器是避雷器監(jiān)測(cè)裝置的一個(gè)功能部分，在正常運(yùn)行電壓下，避雷器可以視為高阻，理想情況下沒(méi)有電流通過(guò)，計(jì)數(shù)器不動(dòng)作。當(dāng)避雷器受到雷擊過(guò)電壓或電力系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)電壓沖擊時(shí)，高瞬態(tài)工作電流從計(jì)數(shù)器的非線性電阻片通過(guò)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部交直流變換，電流流過(guò)電磁線圈，使計(jì)數(shù)器電磁器動(dòng)作一次，從而實(shí)現(xiàn)記錄避雷器動(dòng)作次數(shù)的功能[1]。避雷器計(jì)數(shù)器有雙電閥結(jié)構(gòu)、整流式和電磁式3 種結(jié)構(gòu)[2]，本文主要分析常見(jiàn)的雙閥片結(jié)構(gòu)和整流式結(jié)構(gòu)的動(dòng)作原理。

雙閥片結(jié)構(gòu)原理如圖2 所示，R1、R2為非線性電阻，C 為儲(chǔ)能電容，L 是計(jì)數(shù)器線圈。當(dāng)避雷器動(dòng)作時(shí)，大電流流過(guò)閥片R1，在閥片R1上產(chǎn)生電壓降，該電壓經(jīng)過(guò)閥片R2給電容C 充電。當(dāng)避雷器動(dòng)作結(jié)束時(shí)，閥片R1兩端電壓迅速消失。因?yàn)镽1、R2為非線性電阻，電容C 優(yōu)先對(duì)電磁式計(jì)數(shù)器的電感線圈L 放電，使計(jì)數(shù)器指針動(dòng)作，記數(shù)一次。改變R1及R2的阻值，可以調(diào)整計(jì)數(shù)器的靈敏度。一般動(dòng)作電流為100 A 的沖擊電流。因?yàn)殚y片R1上有一定的壓降，將使避雷器的殘壓有所增加，因此主要作用于35 kV 以上的高壓避雷器[3]。

圖2 雙閥片結(jié)構(gòu)避雷器計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)原理

整流式結(jié)構(gòu)如圖3 所示，避雷器動(dòng)作時(shí)，大電流流過(guò)避雷器，閥片R1兩端電壓迅速升高，經(jīng)過(guò)全波整流給電容C 充電。當(dāng)避雷器動(dòng)作結(jié)束，閥片R1兩端電壓迅速消失，全波整流電路停止對(duì)電容C 充電，此時(shí)電容C 和電感L 構(gòu)成回路，電容C 對(duì)電感L 放電，電感L 通電，則計(jì)數(shù)器的電磁指針動(dòng)作，計(jì)數(shù)一次。該類(lèi)型計(jì)數(shù)器的閥片R1的阻值較小，通流容量較大，可用于電壓等級(jí)和容量較高的場(chǎng)所[3]。

圖3 整流式結(jié)構(gòu)避雷器計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)原理

2 避雷器放電計(jì)數(shù)器校驗(yàn)方法

目前市場(chǎng)上避雷器放電計(jì)數(shù)器校驗(yàn)儀動(dòng)作的方法有很多，常見(jiàn)的有電容放電法、大電流法和標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流法。電容放電法、大電流法的電路原理雖然簡(jiǎn)單，但是穩(wěn)定性太差，輸出性能不易控制，標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流法的原理基于半波整流電路，性能可靠、輸出波形穩(wěn)定，而且標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流法安全性能更好，所以標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流法最為常用，其原理接線如圖4 所示。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流檢測(cè)法的原理接線

圖4 中，C 為充電電容，R為充電電阻，L 為阻尼電感，D為整流硅二極管，r 為分流器，B 為試驗(yàn)變壓器，V 為靜電電壓表，CR0 為高壓示波器，I 為避雷器計(jì)數(shù)器。

3 目前避雷器放電計(jì)數(shù)器校驗(yàn)儀的不足

避雷器放電計(jì)數(shù)器需要定期進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)項(xiàng)目主要包括計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)功能是否正常，電流表測(cè)量是否準(zhǔn)確。經(jīng)調(diào)查，目前市場(chǎng)上的避雷器放電計(jì)數(shù)器校驗(yàn)儀，存在以下不足。

（1）避雷器放電計(jì)數(shù)器校驗(yàn)儀需要產(chǎn)生一個(gè)8/20 μs 沖擊電流波（輸出電流不小于100 A），頻繁的操作讓高壓發(fā)生器部分特別容易損壞，且無(wú)法更換，導(dǎo)致儀器報(bào)廢率高。

（2）目前市場(chǎng)上的避雷器放電計(jì)數(shù)器校驗(yàn)儀在測(cè)量時(shí)都快速生成一個(gè)沖擊電流波到計(jì)數(shù)器上，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的沖擊電流，容易把計(jì)數(shù)器電流表指針打壞。

針對(duì)以上不足，基于標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流法研制一種新型避雷器放電計(jì)數(shù)器校驗(yàn)儀，并滿足以下功能：①新型雷擊計(jì)數(shù)器校驗(yàn)儀（以下簡(jiǎn)稱“新型校驗(yàn)儀”）內(nèi)部的直流高壓發(fā)生器易于更換，校驗(yàn)時(shí)可以限制試驗(yàn)的沖擊電流；②新型校驗(yàn)儀可以校驗(yàn)電流表測(cè)量數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。

4 新型避雷器放電計(jì)數(shù)器校驗(yàn)儀概述

新型校驗(yàn)儀的原理基于標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流法，對(duì)主要功能區(qū)定置化、模塊化設(shè)計(jì)、組裝，功能模塊流程如圖5 所示，并對(duì)輸出電路做了部分優(yōu)化（圖6），有模塊化、輸出電流可調(diào)可控的優(yōu)點(diǎn)。

圖5 功能模塊流程

圖6 新型避雷器放電計(jì)數(shù)器校驗(yàn)儀原理

圖6 中，D 為充電電容，R 為充電電阻，L 為可調(diào)電感，D 為整流硅二極管，r 為分流器，B 為試驗(yàn)變壓器，V 為靜電電壓表，CR0 為高壓示波器，I 為避雷器計(jì)數(shù)器，G 為放電間隙。

（1）模塊化：新型校驗(yàn)儀由直流電源模塊、低壓直流升壓模塊、逆變電路模塊、標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流模塊、限流調(diào)節(jié)模塊五大功能區(qū)組成。各功能區(qū)分別為獨(dú)立模塊，如果發(fā)生故障，把損壞的模塊更換掉就可以重新使用，拆卸、組裝方便，大大提升儀器使用壽命，較少浪費(fèi)，節(jié)能環(huán)保。

（2）輸出電流可調(diào)可控：直流電源模塊是整個(gè)校驗(yàn)儀裝置的電源，由兩塊3.7 V 鋰電池組成，可拆卸、可充電。低壓直流升壓模塊采用DC—DC 轉(zhuǎn)換器將低壓直流升為高壓直流，輸出高壓直流1600 V。逆變電路模塊將高壓直流逆變?yōu)榻涣鬏敵?。?biāo)準(zhǔn)沖擊電流模塊主要由半波整流電路組成（圖6），輸入交流電壓，經(jīng)變壓器B 升壓后，在半波整流電路利用二極管單向?qū)ㄌ匦詫⒔涣鬏斎朕D(zhuǎn)換為脈動(dòng)輸出，在輸出端加入充電電容C 和可調(diào)阻尼電感L 改善輸出性能，最后輸出一個(gè)不小于100 A（8/20 μs）標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流波。限流調(diào)節(jié)模塊主要作用有：①限制過(guò)高的沖擊電流，以保護(hù)儀器和人身安全；②在校驗(yàn)計(jì)數(shù)器電流表時(shí)調(diào)節(jié)校驗(yàn)儀輸出電流值大小。新型避雷器放電計(jì)數(shù)器校驗(yàn)儀如圖7 所示，調(diào)節(jié)可調(diào)阻尼電感L 和放電間隙G 可以控制校驗(yàn)儀沖擊電流輸出量。

圖7 新型避雷器放電計(jì)數(shù)器校驗(yàn)儀

5 結(jié)論

目前避雷器放電計(jì)數(shù)器校驗(yàn)儀功能單一，不具備校驗(yàn)計(jì)數(shù)器電流表的功能，而且檢驗(yàn)時(shí)沖擊電流不可控，特別容易燒壞儀器、損壞計(jì)數(shù)器指針，導(dǎo)致儀器報(bào)廢率高。本文研制的新型放電計(jì)數(shù)器校驗(yàn)儀功能齊全，輸出電流可調(diào)、可控，可以安全便捷地校驗(yàn)計(jì)數(shù)器和電流表，拆卸、組裝方便，利于試驗(yàn)人員檢修、維護(hù)，大大提升儀器使用壽命，更符合節(jié)能減排的理念。另外，新型放電計(jì)數(shù)器校驗(yàn)儀重量輕、攜帶方便、可靠性強(qiáng)，模塊化定置的各功能區(qū)清晰、直觀，運(yùn)行原理簡(jiǎn)單明了，適合搭建簡(jiǎn)易模擬設(shè)備模型，方便培訓(xùn)人員反復(fù)操作練習(xí)，能在電力企業(yè)技能培訓(xùn)方面發(fā)揮獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。