新型避雷器放電計數器校驗儀研制

汪迪鋒，徐炎斌，吳祖現

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東江門 529000）

0 引言

避雷器是電網系統中的重要設備，用于保護電氣設備免受過電壓危害，也被稱為過電壓保護器。過電壓主要包括大氣過電壓和內部過電壓，大氣過電壓主要有雷電壓，內部過電壓主要有操作過電壓和諧振過電壓。當電網系統正常運行時，避雷器可以被視為高阻，理想情況下沒有電流通過。當電網系統遭受瞬態過電壓沖擊時，例如雷電沖擊，避雷器能快速對地釋放高壓能量，保護電氣設備不受過電壓傷害，并能迅速截斷續流，維持殘壓在較低水平，減少對電力系統的沖擊。

避雷器的類型主要有保護間隙、管式避雷器、閥型避雷器和氧化鋅避雷器。當前電網系統中，保護間隙主要用于限制大氣過電壓，多用于線路及變電站的進線段保護，而且常常與其他類型避雷器配合使用。管式避雷器和閥型避雷器因為性能不穩定，已基本被淘汰。現在電網系統廣泛采用的是氧化鋅避雷器，因為氧化鋅避雷器的非線性特性極佳、性能穩定，而且性價比極高。

避雷器放電計數器安裝在避雷器的底部（圖1），與避雷器串聯后與大地連接，用于監測避雷器受到雷擊或電網過電壓沖擊的次數，以及正常運行時流過避雷器的泄漏電流，主要由計數器和內部毫安表組成。避雷器計數器將避雷器泄漏電流和動作次數定量化，既可以直觀地監測避雷器設備是否正常，又可以做數據統計，方便對比、分析，從而更加科學合理地分析避雷器運行狀態，為電網設備提供日常維護建議和指導。

圖1 避雷器放電計數器安裝位置

1 避雷器放電計數器動作原理

避雷器放電計數器是避雷器監測裝置的一個功能部分，在正常運行電壓下，避雷器可以視為高阻，理想情況下沒有電流通過，計數器不動作。當避雷器受到雷擊過電壓或電力系統內部過電壓沖擊時，高瞬態工作電流從計數器的非線性電阻片通過，經過內部交直流變換，電流流過電磁線圈，使計數器電磁器動作一次，從而實現記錄避雷器動作次數的功能[1]。避雷器計數器有雙電閥結構、整流式和電磁式3 種結構[2]，本文主要分析常見的雙閥片結構和整流式結構的動作原理。

雙閥片結構原理如圖2 所示，R1、R2為非線性電阻，C 為儲能電容，L 是計數器線圈。當避雷器動作時，大電流流過閥片R1，在閥片R1上產生電壓降，該電壓經過閥片R2給電容C 充電。當避雷器動作結束時，閥片R1兩端電壓迅速消失。因為R1、R2為非線性電阻，電容C 優先對電磁式計數器的電感線圈L 放電，使計數器指針動作，記數一次。改變R1及R2的阻值，可以調整計數器的靈敏度。一般動作電流為100 A 的沖擊電流。因為閥片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 雙閥片結構避雷器計數器結構原理

整流式結構如圖3 所示，避雷器動作時，大電流流過避雷器，閥片R1兩端電壓迅速升高，經過全波整流給電容C 充電。當避雷器動作結束，閥片R1兩端電壓迅速消失，全波整流電路停止對電容C 充電，此時電容C 和電感L 構成回路，電容C 對電感L 放電，電感L 通電，則計數器的電磁指針動作，計數一次。該類型計數器的閥片R1的阻值較小，通流容量較大，可用于電壓等級和容量較高的場所[3]。

圖3 整流式結構避雷器計數器結構原理

2 避雷器放電計數器校驗方法

目前市場上避雷器放電計數器校驗儀動作的方法有很多，常見的有電容放電法、大電流法和標準沖擊電流法。電容放電法、大電流法的電路原理雖然簡單，但是穩定性太差，輸出性能不易控制，標準沖擊電流法的原理基于半波整流電路，性能可靠、輸出波形穩定，而且標準沖擊電流法安全性能更好，所以標準沖擊電流法最為常用，其原理接線如圖4 所示。

圖4 標準沖擊電流檢測法的原理接線

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 為試驗變壓器，V 為靜電電壓表，CR0 為高壓示波器，I 為避雷器計數器。

3 目前避雷器放電計數器校驗儀的不足

避雷器放電計數器需要定期進行校驗，校驗項目主要包括計數器的計數功能是否正常，電流表測量是否準確。經調查，目前市場上的避雷器放電計數器校驗儀，存在以下不足。

（1）避雷器放電計數器校驗儀需要產生一個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生器部分特別容易損壞，且無法更換，導致儀器報廢率高。

（2）目前市場上的避雷器放電計數器校驗儀在測量時都快速生成一個沖擊電流波到計數器上，此時會產生一個很大的沖擊電流，容易把計數器電流表指針打壞。

針對以上不足，基于標準沖擊電流法研制一種新型避雷器放電計數器校驗儀，并滿足以下功能：①新型雷擊計數器校驗儀（以下簡稱“新型校驗儀”）內部的直流高壓發生器易于更換，校驗時可以限制試驗的沖擊電流；②新型校驗儀可以校驗電流表測量數據是否準確。

4 新型避雷器放電計數器校驗儀概述

新型校驗儀的原理基于標準沖擊電流法，對主要功能區定置化、模塊化設計、組裝，功能模塊流程如圖5 所示，并對輸出電路做了部分優化（圖6），有模塊化、輸出電流可調可控的優點。

圖5 功能模塊流程

圖6 新型避雷器放電計數器校驗儀原理

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

（1）模塊化：新型校驗儀由直流電源模塊、低壓直流升壓模塊、逆變電路模塊、標準沖擊電流模塊、限流調節模塊五大功能區組成。各功能區分別為獨立模塊，如果發生故障，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，節能環保。

（2）輸出電流可調可控：直流電源模塊是整個校驗儀裝置的電源，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為交流輸出。標準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，經變壓器B 升壓后，在半波整流電路利用二極管單向導通特性將交流輸入轉換為脈動輸出，在輸出端加入充電電容C 和可調阻尼電感L 改善輸出性能，最后輸出一個不小于100 A（8/20 μs）標準沖擊電流波。限流調節模塊主要作用有：①限制過高的沖擊電流，以保護儀器和人身安全；②在校驗計數器電流表時調節校驗儀輸出電流值大小。新型避雷器放電計數器校驗儀如圖7 所示，調節可調阻尼電感L 和放電間隙G 可以控制校驗儀沖擊電流輸出量。

圖7 新型避雷器放電計數器校驗儀

5 結論

目前避雷器放電計數器校驗儀功能單一，不具備校驗計數器電流表的功能，而且檢驗時沖擊電流不可控，特別容易燒壞儀器、損壞計數器指針，導致儀器報廢率高。本文研制的新型放電計數器校驗儀功能齊全，輸出電流可調、可控，可以安全便捷地校驗計數器和電流表，拆卸、組裝方便，利于試驗人員檢修、維護，大大提升儀器使用壽命，更符合節能減排的理念。另外，新型放電計數器校驗儀重量輕、攜帶方便、可靠性強，模塊化定置的各功能區清晰、直觀，運行原理簡單明了，適合搭建簡易模擬設備模型，方便培訓人員反復操作練習，能在電力企業技能培訓方面發揮獨特優勢。