避雷器放電計數器校驗儀校準方法的研究探討

朱鎮杰，羅燕紅，呂東瑞，陳昕

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

引言

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

1 儀器概述

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

2 校準項目及校準方法

2.1 校準用測量設備（見表1）

表1 校準用測量設備

2.2 校準參數及方法

因為放電計數器的動作靈敏性與沖擊電流的幅值、波形有關，當沖擊電流幅值達不到避雷器動作計數的啟動值時會出現放電計數器計數不準確的情況[8]。根據校驗儀的工作原理和功能要求，其校準項目主要有：直流電壓、沖擊電流、沖擊電流波前時間、沖擊電流持續時間、交流電流。另外需要考慮將校驗儀的“動作次數計數功能”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

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

圖1 直流電壓測試連接圖

2）沖擊電流峰值的校準[9,10]

接線如圖2所示連接被校校驗儀、電流變換器和數字示波器，按測試開關鍵，從數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

接線如圖2所示，設置、調節數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、持續時間示意圖

4）沖擊電流持續時間的校準

接線如圖2所示，設置、調節數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 %峰值兩點之間所對應的時間間隔t2。測量對應的短路電流持續時間t=1.18*t2。波形圖見圖3。

5）交流電流的校準

接線如圖4所示，用交流數字電流表對被校校驗儀的電流校驗輸出功能進行校準。

圖4 交流電流測試連接圖

3 校準結果及不確定度評定

3.1 校準結果

按照以上校準方法進行校準，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測量3遍取其試驗結果的平均值來消除分散性，數據見表2，波形圖見圖5。其沖擊電流8/20 μs的動作特性結果見表3。

圖5 沖擊電流實測波形圖

表2 校準結果

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，對其不確定度進行評定。

1）測量模型

式中：

I— 沖擊電流峰值；

K—電流變換器轉換系數；

Vn—數字示波器電壓幅值。

2）標準不確定度分量

①數字示波器引入的不確定度分量

經查詢數字示波器測量電壓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

電流變換器轉換系數為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測量重復性引入的不確定度分量

在重復性條件下，對沖擊電流峰值進行連續10次測量，數據見表4。

表4 重復性測量數據

用貝塞爾公式計算實驗標準偏差為：

3）合成不確定度

①標準不確定度分量匯總表（見表5）

表5 標準不確定度分量匯總表

②合成不確定度計算

以上各項標準不確定度分量是互相獨不相關，則其合成標準不確定度:

4）擴展不確定度

取包含因子k=2，則擴展不確定度為：

4 結論

根據校驗儀的沖擊電流最大允差值為±（10～20）%，由于UMPE，因此使用數字示波器和電流變換器作為標準器的校準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的試驗結果可得出以下結論：

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；

2）按照本文的校準方法測量8/20 μs沖擊電流波形，滿足標準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 %，符合標準雷電流沖擊電流下沖的技術要求；

5）沖擊電流試驗采用直接短路測量方法是符合實際的，無需接入負載阻抗。

5 結束語

本文闡述了校驗儀的組成、校準方法以及示值誤差的不確定度評定分析。依據校驗儀的工作原理，提出直流電壓、沖擊電流、沖擊電流半波時間、沖擊電流持續時間、交流電流五個測量參數的校準方法，使用的標準器主要是數字示波器、電流變送器、交流數字電流表和直流數字高壓表，操作使用簡單，并已通過大量的試驗驗證校準方法的可行性及適用性，適于同行機構開展業務的推廣應用以及制定其檢定規程或校準規范提供一定的參考。