新型避雷器放电计数器校验仪研制

汪迪锋，徐炎斌，吴祖现

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门 529000）

0 引言

避雷器是电网系统中的重要设备，用于保护电气设备免受过电压危害，也被称为过电压保护器。过电压主要包括大气过电压和内部过电压，大气过电压主要有雷电压，内部过电压主要有操作过电压和谐振过电压。当电网系统正常运行时，避雷器可以被视为高阻，理想情况下没有电流通过。当电网系统遭受瞬态过电压冲击时，例如雷电冲击，避雷器能快速对地释放高压能量，保护电气设备不受过电压伤害，并能迅速截断续流，维持残压在较低水平，减少对电力系统的冲击。

避雷器的类型主要有保护间隙、管式避雷器、阀型避雷器和氧化锌避雷器。当前电网系统中，保护间隙主要用于限制大气过电压，多用于线路及变电站的进线段保护，而且常常与其他类型避雷器配合使用。管式避雷器和阀型避雷器因为性能不稳定，已基本被淘汰。现在电网系统广泛采用的是氧化锌避雷器，因为氧化锌避雷器的非线性特性极佳、性能稳定，而且性价比极高。

避雷器放电计数器安装在避雷器的底部（图1），与避雷器串联后与大地连接，用于监测避雷器受到雷击或电网过电压冲击的次数，以及正常运行时流过避雷器的泄漏电流，主要由计数器和内部毫安表组成。避雷器计数器将避雷器泄漏电流和动作次数定量化，既可以直观地监测避雷器设备是否正常，又可以做数据统计，方便对比、分析，从而更加科学合理地分析避雷器运行状态，为电网设备提供日常维护建议和指导。

图1 避雷器放电计数器安装位置

1 避雷器放电计数器动作原理

避雷器放电计数器是避雷器监测装置的一个功能部分，在正常运行电压下，避雷器可以视为高阻，理想情况下没有电流通过，计数器不动作。当避雷器受到雷击过电压或电力系统内部过电压冲击时，高瞬态工作电流从计数器的非线性电阻片通过，经过内部交直流变换，电流流过电磁线圈，使计数器电磁器动作一次，从而实现记录避雷器动作次数的功能[1]。避雷器计数器有双电阀结构、整流式和电磁式3 种结构[2]，本文主要分析常见的双阀片结构和整流式结构的动作原理。

双阀片结构原理如图2 所示，R1、R2为非线性电阻，C 为储能电容，L 是计数器线圈。当避雷器动作时，大电流流过阀片R1，在阀片R1上产生电压降，该电压经过阀片R2给电容C 充电。当避雷器动作结束时，阀片R1两端电压迅速消失。因为R1、R2为非线性电阻，电容C 优先对电磁式计数器的电感线圈L 放电，使计数器指针动作，记数一次。改变R1及R2的阻值，可以调整计数器的灵敏度。一般动作电流为100 A 的冲击电流。因为阀片R1上有一定的压降，将使避雷器的残压有所增加，因此主要作用于35 kV 以上的高压避雷器[3]。

图2 双阀片结构避雷器计数器结构原理

整流式结构如图3 所示，避雷器动作时，大电流流过避雷器，阀片R1两端电压迅速升高，经过全波整流给电容C 充电。当避雷器动作结束，阀片R1两端电压迅速消失，全波整流电路停止对电容C 充电，此时电容C 和电感L 构成回路，电容C 对电感L 放电，电感L 通电，则计数器的电磁指针动作，计数一次。该类型计数器的阀片R1的阻值较小，通流容量较大，可用于电压等级和容量较高的场所[3]。

图3 整流式结构避雷器计数器结构原理

2 避雷器放电计数器校验方法

目前市场上避雷器放电计数器校验仪动作的方法有很多，常见的有电容放电法、大电流法和标准冲击电流法。电容放电法、大电流法的电路原理虽然简单，但是稳定性太差，输出性能不易控制，标准冲击电流法的原理基于半波整流电路，性能可靠、输出波形稳定，而且标准冲击电流法安全性能更好，所以标准冲击电流法最为常用，其原理接线如图4 所示。

图4 标准冲击电流检测法的原理接线

图4 中，C 为充电电容，R为充电电阻，L 为阻尼电感，D为整流硅二极管，r 为分流器，B 为试验变压器，V 为静电电压表，CR0 为高压示波器，I 为避雷器计数器。

3 目前避雷器放电计数器校验仪的不足

避雷器放电计数器需要定期进行校验，校验项目主要包括计数器的计数功能是否正常，电流表测量是否准确。经调查，目前市场上的避雷器放电计数器校验仪，存在以下不足。

（1）避雷器放电计数器校验仪需要产生一个8/20 μs 冲击电流波（输出电流不小于100 A），频繁的操作让高压发生器部分特别容易损坏，且无法更换，导致仪器报废率高。

（2）目前市场上的避雷器放电计数器校验仪在测量时都快速生成一个冲击电流波到计数器上，此时会产生一个很大的冲击电流，容易把计数器电流表指针打坏。

针对以上不足，基于标准冲击电流法研制一种新型避雷器放电计数器校验仪，并满足以下功能：①新型雷击计数器校验仪（以下简称“新型校验仪”）内部的直流高压发生器易于更换，校验时可以限制试验的冲击电流；②新型校验仪可以校验电流表测量数据是否准确。

4 新型避雷器放电计数器校验仪概述

新型校验仪的原理基于标准冲击电流法，对主要功能区定置化、模块化设计、组装，功能模块流程如图5 所示，并对输出电路做了部分优化（图6），有模块化、输出电流可调可控的优点。

图5 功能模块流程

图6 新型避雷器放电计数器校验仪原理

图6 中，D 为充电电容，R 为充电电阻，L 为可调电感，D 为整流硅二极管，r 为分流器，B 为试验变压器，V 为静电电压表，CR0 为高压示波器，I 为避雷器计数器，G 为放电间隙。

（1）模块化：新型校验仪由直流电源模块、低压直流升压模块、逆变电路模块、标准冲击电流模块、限流调节模块五大功能区组成。各功能区分别为独立模块，如果发生故障，把损坏的模块更换掉就可以重新使用，拆卸、组装方便，大大提升仪器使用寿命，较少浪费，节能环保。

（2）输出电流可调可控：直流电源模块是整个校验仪装置的电源，由两块3.7 V 锂电池组成，可拆卸、可充电。低压直流升压模块采用DC—DC 转换器将低压直流升为高压直流，输出高压直流1600 V。逆变电路模块将高压直流逆变为交流输出。标准冲击电流模块主要由半波整流电路组成（图6），输入交流电压，经变压器B 升压后，在半波整流电路利用二极管单向导通特性将交流输入转换为脉动输出，在输出端加入充电电容C 和可调阻尼电感L 改善输出性能，最后输出一个不小于100 A（8/20 μs）标准冲击电流波。限流调节模块主要作用有：①限制过高的冲击电流，以保护仪器和人身安全；②在校验计数器电流表时调节校验仪输出电流值大小。新型避雷器放电计数器校验仪如图7 所示，调节可调阻尼电感L 和放电间隙G 可以控制校验仪冲击电流输出量。

图7 新型避雷器放电计数器校验仪

5 结论

目前避雷器放电计数器校验仪功能单一，不具备校验计数器电流表的功能，而且检验时冲击电流不可控，特别容易烧坏仪器、损坏计数器指针，导致仪器报废率高。本文研制的新型放电计数器校验仪功能齐全，输出电流可调、可控，可以安全便捷地校验计数器和电流表，拆卸、组装方便，利于试验人员检修、维护，大大提升仪器使用寿命，更符合节能减排的理念。另外，新型放电计数器校验仪重量轻、携带方便、可靠性强，模块化定置的各功能区清晰、直观，运行原理简单明了，适合搭建简易模拟设备模型，方便培训人员反复操作练习，能在电力企业技能培训方面发挥独特优势。