便攜式ZVS避雷器計數(shù)器測試儀研制與應(yīng)用

馬立乾

0 引言

同煤電網(wǎng)處于大同市北部，其地理位置和復(fù)雜的地形構(gòu)成了頻繁雷暴的氣候環(huán)境。雷暴不僅給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活造成損害，也直接威脅著電網(wǎng)的安全運行。避雷器計數(shù)器是監(jiān)測避雷器泄漏電流和記錄雷擊次數(shù)的儀器，運行人員通過觀測避雷器計數(shù)器就可了解雷電放電次數(shù)和泄漏電流大小，進而判斷避雷器是否正常工作及雷電的活動情況[1]。

過去一直采用的是絕緣搖表加電容器的方法對避雷器計數(shù)器進行試驗，這就要一人用絕緣搖表給高壓電容進行持續(xù)充電，另一人對避雷器計數(shù)器進行放電，試驗過程中會出現(xiàn)充電電壓不穩(wěn)定，計數(shù)器指針不跳的現(xiàn)象，而且在計數(shù)器每個檔位試驗時還需多次充放電，效率極低。由于試驗的反復(fù)性，不僅易損壞絕緣搖表，而且操作人員誤碰測試線容易造成電擊傷害。試驗結(jié)束后必須對電容正負極短接放電，否則極易被電容中的高電壓電擊，危及試驗人員的安全。

目前市場上測試儀的高壓源采用的電路結(jié)構(gòu)各不相同，分別有工頻、中頻、高頻倍壓電路，其中工頻倍壓易受電源電壓波動影響，輸出高壓不穩(wěn)定，帶負載能力較差；中頻倍壓電路調(diào)寬調(diào)制電路復(fù)雜，帶感性負載能力較差，需配套復(fù)雜的負載短路保護電路才能保證儀器的可靠使用；高頻倍壓中高壓變壓器絕緣要求高、空載電流大，且高頻振蕩回路的可靠性低。而且它們都存在一個共同的問題，不能滿足高壓輸電線路上的避雷器計數(shù)器的校驗。

1 現(xiàn)有技術(shù)手段測試過程中的問題

避雷器是防止雷電過電壓的有效設(shè)備，而避雷器計數(shù)器起著監(jiān)測和記錄雷擊次數(shù)的作用，它直接提供給運行人員雷電放電次數(shù)，同時運行人員通過避雷器計數(shù)器指示的泄漏電流大小判斷避雷器是否正常工作。目前校驗避雷器計數(shù)器的手段是用絕緣搖表加電容器以及市場上銷售的避雷器計數(shù)器測試儀兩種。測試過程中會存在以下問題：

（1）我們公司以前在對計數(shù)器進行年校時，線路避雷器計數(shù)器需要將其拆下來，帶回單位試驗完成后在再安裝，工作量極大。并且線路避雷器的數(shù)量相當(dāng)多，由于停電時間有限，不可能將每一個避雷器計數(shù)器都進行試驗，使得電網(wǎng)安全運行存在著一定的隱患。

（2）在對站用避雷器計數(shù)器采用絕緣搖表加電容器進行試驗時，試驗過程中會出現(xiàn)充電電壓不穩(wěn)定，計數(shù)器指針不跳的現(xiàn)象，并且測試時間間隔大于30 秒，且測試過程中需要始終保持高壓輸出，存在安全隱患。而且在計數(shù)器每個檔位試驗時還需多次充放電，效率極低。

（3）由于實驗的反復(fù)性，不僅易損壞絕緣搖表，而且操作人員誤碰測試線容易造成電擊傷害。試驗結(jié)束后還需對電容正負極短接放電，否則極易被電容中的高電壓電擊，危及試驗人員的安全。

2 便攜式ZVS避雷器計數(shù)器測試儀技術(shù)方案設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

（1）將ZVS 推挽自激升壓模塊[3]應(yīng)用于該避雷器計數(shù)器測試儀中，用于控制高壓發(fā)生器。其特點是發(fā)熱低，性能穩(wěn)定。

（2）電源部分設(shè)計為鋰電池直流供電，體積小，易攜帶，并且配置了欠壓、過壓、過載及短路保護。

（3）儲能回路由10個電解電容串聯(lián)組成，即起到了分壓作用，又能保證沖擊電流達到測試要求。

（4）采用了充放電互閉鎖電路，可極大的提高該儀器的安全性能。

2.2 技術(shù)方案

便攜式ZVS避雷器計數(shù)器測試儀功能原理介紹：

圖1 便攜式ZVS避雷器計數(shù)器測試儀功能原理圖

①電源：電源部分由3節(jié)鋰電池供電，產(chǎn)生12 V、5 V兩路電源，其中12 V用于ZVS模塊起振，5 V用于電壓監(jiān)測電路，并且配置欠壓、過壓、過載及短路保護。

②ZVS 模塊：ZVS 模塊內(nèi)部由兩只場效應(yīng)管Q1、Q2，它們與R1、R2、D1、D2、C、T組成推挽自激振蕩電路。振蕩過程中由D3 鉗位Q1 柵極電壓，D4 鉗位Q2柵極電壓，L1為振蕩器補充電能。

③控制單元：該單元由機械電路及3 個按鍵K1（控制鍵）、K2（啟動鍵）、K3（測試鍵）構(gòu)成。K1 在充電位置時電路閉鎖，可對電池充電，即圖2所示充電閉鎖；在打開位置時電路解鎖，同時按下K2鍵時ZVS模塊起振，儲能器充能；K3鍵啟動時儲能器向外電路釋放能量，進行測試。測試完成后讓K2鍵彈起，接通放電電阻，完成放電。

④儲能器：由10 個電解電容串聯(lián)組成，ZVS 起振后通過控制單元給儲能器充電，充滿后再通過控制單元向外電路放電。電容串聯(lián)即起到了分壓作用，又能保證沖擊電流達到測試要求。

⑤閉鎖電路：該電路實時監(jiān)測ZVS 輸出端電壓，當(dāng)其高于閾值（可調(diào)）時通過反饋電路將電源輸出端繼電器節(jié)點斷開，ZVS 模塊停止工作；當(dāng)監(jiān)測到ZVS 模塊輸出端電壓低于閾值時，繼電器節(jié)點閉合，ZVS 模塊起振。此電路起到保護鋰電池的作用。

⑥電壓監(jiān)測：本儀器設(shè)有電源電壓監(jiān)測及工作電壓監(jiān)測兩部分，其中電源電壓監(jiān)測的是電池電壓，工作電壓監(jiān)測的是儲能器輸出端電壓。所有元件安裝在內(nèi)膽絕緣的鋁合金手提箱內(nèi)（見圖2）?？刂泼姘宀捎酶叻肿觼喛肆Π逯谱鳎姘逶O(shè)置控制按鈕、啟動按鈕、測試按鈕、電壓示數(shù)表兩塊、高壓輸出試驗端。

圖2 實物圖

2.3 技術(shù)參數(shù)

（1）輸出電壓：DC0-1 000 V

（2）輸出電流：＞100A/20 us

（3）輸入電壓：12/5 V

（4）電壓表：工作電壓監(jiān)測表：DC 1 000 V

電源電壓監(jiān)測表：DC 30 V

3 與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果

安全性：本實驗儀器采用了充、放電互閉鎖電路，即當(dāng)ZVS 模塊在給儲能器充電時，儲能器的輸出端沒有電壓，當(dāng)按下測試按鈕時儲能器輸出端才會產(chǎn)生高壓試驗電源，并且試驗完成后再次按下K2按鈕后，輸出端接通放電電阻，對儲能器進行放電，避免了操作人員誤碰測試線造成電擊的傷害。

適用性：采用直流源提供動力，體積小、便于攜帶，并可對線路避雷器進行現(xiàn)場試驗。

該儀器輸出的標(biāo)準沖擊電流持續(xù)、抗短路能力強，測試間隔僅為0.5 s。

由兩人協(xié)作校驗減少為一人完成避雷計數(shù)器校驗，節(jié)省了人力，提高了工作效率。

經(jīng)濟性：該儀器在檢修試驗過程中，有效地解決了線路計數(shù)器就地試驗及避雷計數(shù)器試驗與人身安全問題，其在安全中創(chuàng)造的經(jīng)濟價值無法估量。

4 結(jié)論

本次試驗階段共制作了3 臺樣機，并在同煤電網(wǎng)春檢檢修期間測試了400 多個計數(shù)器，測試結(jié)果表明：測試時間縮短了約20～30 倍，以前測試一只計數(shù)器需要5～8 分鐘，使用該儀器只需要10～15 秒即可完成；測試成功率較傳統(tǒng)方法有較大的提高，可達到100%；由于采用直流源提供動力，體積小、便于攜帶，可對線路避雷器進行現(xiàn)場試驗，節(jié)省了人力還提高了試驗效率。目前該儀器已申報并獲得國家實用新型專利。