避雷器放電計數(shù)器校驗儀校準(zhǔn)方法的研究探討

朱鎮(zhèn)杰，羅燕紅，呂東瑞，陳昕

（1.廣電計量檢測集團(tuán)股份有限公司，廣州 510656；2.威凱檢測技術(shù)有限公司，廣州 510663；3.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司汕頭供電局，汕頭 515041）

引言

避雷器作為配網(wǎng)防雷的主要手段，目前在配電線路和配電變壓器上有著廣泛的應(yīng)用[1]。避雷器放電計數(shù)器主要用于記錄避雷器的放電動作次數(shù)，當(dāng)避雷器不動作計數(shù)時，則容易造成對該避雷器性能及狀態(tài)的誤判，若處理不及時可能會造成避雷器爆炸等嚴(yán)重后果[2～3]。電力系統(tǒng)規(guī)定避雷器放電計數(shù)器每年應(yīng)至少檢查一次，通常使用避雷器放電計數(shù)器校驗儀檢查各種避雷器放電計數(shù)器的可靠性。避雷器放電計數(shù)器校驗儀應(yīng)每年進(jìn)行計量校準(zhǔn)，以確保其測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。但目前還沒有國家、部門計量檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范，研究和制定避雷器放電計數(shù)器校驗儀校準(zhǔn)方法是非常必要的。

1 儀器概述

避雷器放電計數(shù)器校驗儀（以下簡稱“校驗儀”）用于校驗各種避雷器放電計數(shù)器的可靠性，一般具備“計數(shù)器動作次數(shù)校驗”和“毫安表校驗”功能模式，現(xiàn)場檢查放電計數(shù)器動作的方法有直流法、交流法和標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流法，以標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流法最為可靠。常見的校驗儀均為標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流法，即產(chǎn)生8/20 μs、不小于100 A的沖擊電流波作用于避雷器放電計數(shù)器，檢查計數(shù)器動作是否正常。校驗儀主要由有脈沖電流輸出模塊和標(biāo)準(zhǔn)工頻電流輸出模塊（配套電流表）組成[4～7]。

2 校準(zhǔn)項目及校準(zhǔn)方法

2.1 校準(zhǔn)用測量設(shè)備（見表1）

表1 校準(zhǔn)用測量設(shè)備

2.2 校準(zhǔn)參數(shù)及方法

因為放電計數(shù)器的動作靈敏性與沖擊電流的幅值、波形有關(guān)，當(dāng)沖擊電流幅值達(dá)不到避雷器動作計數(shù)的啟動值時會出現(xiàn)放電計數(shù)器計數(shù)不準(zhǔn)確的情況[8]。根據(jù)校驗儀的工作原理和功能要求，其校準(zhǔn)項目主要有：直流電壓、沖擊電流、沖擊電流波前時間、沖擊電流持續(xù)時間、交流電流。另外需要考慮將校驗儀的“動作次數(shù)計數(shù)功能”檢查作為外觀及通電檢查的其中一部分。

1）直流電壓示值誤差的校準(zhǔn)

接線如圖1所示，將被校校驗儀的電流輸出端和直流數(shù)字高壓表電壓采集端相接。設(shè)置被校校準(zhǔn)儀輸出直流電壓值，讀取被校校準(zhǔn)儀電壓示值和直流數(shù)字高電壓表示值。

圖1 直流電壓測試連接圖

2）沖擊電流峰值的校準(zhǔn)[9,10]

接線如圖2所示連接被校校驗儀、電流變換器和數(shù)字示波器，按測試開關(guān)鍵，從數(shù)字示波器讀取幅值電壓峰值Upek。

圖2 沖擊電流峰值測試連接圖

3）沖擊電流波前時間的校準(zhǔn)

接線如圖2所示，設(shè)置、調(diào)節(jié)數(shù)字示波器使一個完整的脈沖上升沿波形顯示于屏幕中央。測量峰值10 %到90 %的時間間隔t1。測量對應(yīng)的短路電流波前時間t=1.25*t1。波形圖見圖3。

圖3 波前時間、持續(xù)時間示意圖

4）沖擊電流持續(xù)時間的校準(zhǔn)

接線如圖2所示，設(shè)置、調(diào)節(jié)數(shù)字示波器使一個完整的脈沖波形顯示于屏幕中央。測量電流上升到50 %峰值和下降到50 %峰值兩點(diǎn)之間所對應(yīng)的時間間隔t2。測量對應(yīng)的短路電流持續(xù)時間t=1.18*t2。波形圖見圖3。

5）交流電流的校準(zhǔn)

接線如圖4所示，用交流數(shù)字電流表對被校校驗儀的電流校驗輸出功能進(jìn)行校準(zhǔn)。

圖4 交流電流測試連接圖

3 校準(zhǔn)結(jié)果及不確定度評定

3.1 校準(zhǔn)結(jié)果

按照以上校準(zhǔn)方法進(jìn)行校準(zhǔn)，由于不同廠家的校驗儀其性能特性存在功能上的差異性以及一定程度上的分散性，筆者選用DYC型校驗儀作為典型型號試品并對每個參數(shù)測量3遍取其試驗結(jié)果的平均值來消除分散性，數(shù)據(jù)見表2，波形圖見圖5。其沖擊電流8/20 μs的動作特性結(jié)果見表3。

圖5 沖擊電流實(shí)測波形圖

表2 校準(zhǔn)結(jié)果

表3 8/20 μs沖擊電流的動作特性

3.2 不確定度評定[11]

以沖擊電流峰值為例，對其不確定度進(jìn)行評定。

1）測量模型

式中：

I— 沖擊電流峰值；

K—電流變換器轉(zhuǎn)換系數(shù)；

Vn—數(shù)字示波器電壓幅值。

2）標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

①數(shù)字示波器引入的不確定度分量

經(jīng)查詢數(shù)字示波器測量電壓2 V量程的最大允許誤差為±1.5 %，視其為均勻分布，置信因子，則。

②電流變換器引入的不確定度分量

電流變換器轉(zhuǎn)換系數(shù)為K=0.01 A/V，在測量200 A量程的最大允許誤差為±1 %，視其為均勻分布，置信因子，則≈0.58 A/V。

③測量重復(fù)性引入的不確定度分量

在重復(fù)性條件下，對沖擊電流峰值進(jìn)行連續(xù)10次測量，數(shù)據(jù)見表4。

表4 重復(fù)性測量數(shù)據(jù)

用貝塞爾公式計算實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

3）合成不確定度

①標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表（見表5）

表5 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表

②合成不確定度計算

以上各項標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量是互相獨(dú)不相關(guān)，則其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

4）擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度為：

4 結(jié)論

根據(jù)校驗儀的沖擊電流最大允差值為±（10～20）%，由于UMPE，因此使用數(shù)字示波器和電流變換器作為標(biāo)準(zhǔn)器的校準(zhǔn)方法能滿足校驗儀的沖擊電流峰值的量值溯源要求。同時從表2、表3和圖5的試驗結(jié)果可得出以下結(jié)論：

1）沖擊電流峰值超過100 A時，校驗儀的動作靈敏性基本與沖擊電流的極性無關(guān)；

2）按照本文的校準(zhǔn)方法測量8/20 μs沖擊電流波形，滿足標(biāo)準(zhǔn)雷電流沖擊波的計量特性；

3）“毫安表校驗”功能模式輸出的交流電流為工頻電流；

4）沖擊電流下沖不大于峰值電流的30 %，符合標(biāo)準(zhǔn)雷電流沖擊電流下沖的技術(shù)要求；

5）沖擊電流試驗采用直接短路測量方法是符合實(shí)際的，無需接入負(fù)載阻抗。

5 結(jié)束語

本文闡述了校驗儀的組成、校準(zhǔn)方法以及示值誤差的不確定度評定分析。依據(jù)校驗儀的工作原理，提出直流電壓、沖擊電流、沖擊電流半波時間、沖擊電流持續(xù)時間、交流電流五個測量參數(shù)的校準(zhǔn)方法，使用的標(biāo)準(zhǔn)器主要是數(shù)字示波器、電流變送器、交流數(shù)字電流表和直流數(shù)字高壓表，操作使用簡單，并已通過大量的試驗驗證校準(zhǔn)方法的可行性及適用性，適于同行機(jī)構(gòu)開展業(yè)務(wù)的推廣應(yīng)用以及制定其檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范提供一定的參考。