关于便携式氧化锌避雷器多功能智能测试装置的研究分析

邵洪平 李学腾

摘要：安装避雷器是防止雷击事件最有效、最便捷的方式。据调查，绝大部分的避雷器所采用的材料是氧化锌。在长期的使用过程中，有必要对氧化锌避雷器的各项物理参数进行检测，以确保氧化锌避雷器能够正常工作。在金属氧化锌避雷器（MOA）的众多物理参数中，其阻性电流大小能够最直观地反应设备的状态。在传统的测量方式中，由于电压和电流检测仪器是一体的，因此每次检测时需要进行接线。每一次接线都存在一定的风险，且检测耗时耗力。同时，由于变电站的氧化锌避雷器数量众多，电压互感器二次端子箱和避雷器的距离相对较远，部分测试设备体积较大，接线繁琐，往往需要较多工作人员配合完成带电测试，导致测试工作效率低，工作强度大。鉴于此，笔者拟研制一种便携式多功能检测装置。目的在于能够实现对避雷器的泄露电流以及阻性电流等参数进行准确的检查，同时严格控制其大小，使其便于携带。

关键词：避雷器;测试装置;应用研究

前言

通过对市场的调研发现，市面上并无类似便携式氧化锌避雷器测试装置的产品，然而实际的电力生产过程中却需要用到类似的设备。考虑到现代电力行业的发展需求，笔者决定对此类测试装置进行研究，朝着小型化方向发展，在填补市场空白的同时也为电力行业节约人力物力，推动推动行业进步。

1测试装置的功能原理与使用

以测试过程为顺序，介绍有关接地连接、地线电流检测、电弧侦测等测试的原理与使用。

1.1启动测试

设备在测试模式下，核对测试条件、被测件连接正确后，按下START键即可启动测试。

1.2电压上升

有些被测件特性对电压的突变比较敏感，需要使用此功能。设备开始输出时输出电压为零，开始电压输出时，设备会以0.1S为单位控制输出电压上步进升，步进升压值根据测试电压和电压上升时间确定（ΔV=V/（10*S））。如果关闭电压上升时间（RISE OFF）默认电压上升时间为0.1秒。

1.3高压测试

对被测件进行高压测试。此时应该可以保证测试电路正确，测试结果不会受一些特殊的附带参数影响，是测试需要的实际耐压电流。

1.4电流超限与电弧侦测（ARC）功能

电流超限分类：电流下限、电流上限、电流量程超限、电弧侦测。

⑴电流下限判断（LOW）：一般做为测试低端断开判断使用。当设备测试设备时，设备肯定会有一定的漏电流，当设备测试的漏电流小于下限设定电流值时认为测试失败（没有连接设备），如果被测元件本身漏电流很小则必须关闭此功能。

⑵电流上限判断（HIGH）：最常用的测试电流超限判断。当设备测试设备时，设备肯定会有一定的漏电流，当设备测试的漏电流大于上限设定电流值时，认为设备耐压不够测试失败。

⑶电流量程超限：电流采样判断较慢， 绝缘崩溃时电流变化较快采样电路无法及时作出反映，而电流峰值已经超过了上限电流所在的电流量程的测试范围，则会触发此类超限判断。由于电流超限后无法采集数据，此时的输出结果为合格时的最后一次测试结果，超限时判断显示（RANG FAIL）。

⑷电弧侦测（ARC）：是面向元件测量的一个很实用的功能，它测试的是高压测试回路中有局部电路瞬间打火引起的电流突变。由于叠加在正常的测试电流上，突变时间较短，以上的普通电流检测电路无法响应电流变化作出合适的判断。电弧侦测电路滤除了正常电流值，只处理高速的电流脉冲变化。由于低通滤波和电弧的大小本身带有随机性，此功能只能大概估计局部打火的程度。由于电流超限后无法采集数据，此时的输出结果为合格时的最后一次测试结果。

电流超限判断和电弧侦测的频率响应比对（见上图2）：①图中A区：为电流采样显示电路频响，因为要滤除电源频率的纹波，采样分析响应速率大概为0.1S级别。②图中B区：电流快速响应电路。它只滤除高频干扰的信号，可以很快的响应过流峰值信号。由于没有滤波不能做高精度比对，只能做超量程判断，响应速率大概为1mS级别。③图中C区：电弧侦测电路。电弧侦测电路只采样电流中发生突变的幅值，如果测试电流没有发生突变，即使是电流超限了电弧侦测电路也不会有响应， 响应速率大概为0.1mS级别。注：交流的测试频率为50/60Hz。

1.5不合格判断

如果测试结果超出测试项目设定的条件，或者瞬间电流超过设备可以承受的最大输出电流，设备都会判断被测件不合格。 并立即停止当前测试，切断电压输出，进入测试结果不合格的处理程序。

1.6 测试结果处理

如果测试过程出现超限，设备会显示不合格判断（FAIL）， 不合格指示灯亮。

测试时间结束后测试结果判断为（PASS）。显示合格判断（PASS），合格指示灯亮。（合格判断处理模式受SYSTEM的PASS HOLD 控制）。会自动转移到下一个测试项目，或者退回测试等待状态。

从此状态开始到下一个项目开始高压启动前，操作人员可以用软件查询测试数据和结果。

1.7 STOP（停止测量）

在整个测试过程中的任意狀态按下STOP键，设备自动结束测试，结束测试时不会有任何测试结果判断输出。但是测试结束状态，操作人员可以用软件查询按STOP前设备测试到的数据。

检测装置能够实现对电压互感器上的电压进行在线监测，而且需要测量避雷器阻性电流时，它还能够配合电流检测装置共同用于检测工作的开展。按照设计，电流检测装置以及电压检测装置是分开的，前者体积小而，可以随时携带，而后者虽然不像前者一样轻便，但胜在只需要安装一次，无需重复拆卸。在进行检测的时候，有关工作人员只需要将电流检测装置带到现场，与安装好的电压检测装置一起进行检测装置即可。在正式进行测量任务时，首先由电流检测装置将测量命令发送给电压基础装置。当电压检测装置接收到传来的指令后，开始进行测量工作。当电压检测装置测量测量任务完成后，再将所测得的数据通过无线通信信号传输回电流检测装置。电流检测装置将测量数据一并发送到计算机计算电压电流基波分量的相差，进而得到MOA的阻性电流。

2 目前存在的问题

氧化锌保险器的用途主要分三种：首先是保护户内外电压互感器的二次侧，主要是防止高电压窜入二次回路，导致电压突然升高而对用户以及用电设备造成损伤，威胁生命健康与财产安全;其次是用于电力变压器的低压侧，用来防范发生击穿的时候低压侧的电压突然升高;最后是用于保护其他用电设备。氧化锌保险器实际上是电压能量的吸收器，在正常工作的时候，加入电压超过限制，设备便会通过氧化锌保险器泄放掉大量的能量，以此来限制电压，进而起到保护用电设备的作用。

而如何检验氧化锌保险器，使其能够在击穿的时候短路，其他情况下开路，成了一个难题。笔者将研制一种针对氧化锌保险器的测试装置，可对氧化锌保险器实现智能检测同时兼有绝缘电阻、绝缘耐压的的测试功能，体积小，轻便易携带。

3目前能解决的主要问题

目前已经攻克的问题以及解决方式如下：

⑴数据的记录问题：开发出嵌入式系统软件，可通过程序控制，实现智能设置、记录、存储、分析、图形化、查询、打印。

⑵移动电源的问题：研制出一套以程序控制的多电压组合波形电源的发生器。

⑶数据显示以及交互界面的问题：通过设计，实现了彩色液晶操作显示，外形的设计往便携方向靠拢，操作界面在设计的时候也考虑人性化的问题。

⑷网络问题：可以切换网络状态使用，在线状态以及离线状态均可正常使用。

⑸匹配性问题：一机可兼容多种功能，实现效率最大化。

4研究措施

首先通过各种方式搜寻市面上的类似产品，然而并无所获。再考虑到电力生产需要用到这类设备，因此结合现代电力发展的需求，对市面上的各类有关设备进行综合的比较分析，整理相关的资料，并根据现有的科学理论进行设计。

对相关设备进行试验，有目的性的观察以及记录某些方面的数据，再逐步整合，结合实验中产生的现象来确定导致现象发生的条件，最后得出相应的因果关系。这么做的目的是想要搞清各个自变量与因变量之间的关系，为实现设计中想要达到的各种功能做好理论准备。

5技术要点以及创新点

通过不断地试验，总结归纳实验得出的数据以及结论，目前本测试装置的技术关键点以及创新点主要如下：

⑴通过本系统高精度准确的测试保险器击穿放电电压，击穿电流等参数;过电压通过后，产品迅速恢复正常运行状态（绝缘状态）。对保险器进行程控测试及智能分析。

⑵使用程控多波形系统对保险器寿命作智能预计及量化考核。

⑶使用程控多波形系统可应用于多种类型、结构、材质的保险器。

⑷程控多电压、多电流、多波形击分析系统，硬件以多电压组合波形电源发生器为基础，软件具备智能设置、记录、存储、分析、图形化等。

⑸装置可具备绝缘耐压测试和绝缘电阻测试等多种功能。

6 MOA便携式检测装置设计和实现

新型击穿保险测试仪可以提供5kVAC/12mA耐压、6kVDC/5mA耐压、绝缘电阻测试。设备的原理结构：高压模块是一个DA基准、可控正弦发生器、AB类功放、40～600Hz高压变压器升压，输出电压闭环控制。

DA基准：保证输出电压幅值可控。

可控正弦发生器：在交流输出时可以设定工作在50或60Hz，不再受线电压限制;

线性功放：电压波形的失真度小，控制简单可靠性高。

40～600Hz高压变压器升压：针对DC和绝缘电阻测试的电源纹波大的问题，测试设备产生600Hz交流电源，整流后形成直流电压做为电源，保证了直流电源纹波输出较小。

输出电压闭环控制：保证负载调整率很小，测试数据可靠。

在实际进行测量作业时，如果待测避雷器存在电流泄露，如果将电流钳夹住避雷器下端所连接的雷击计数器，那么由于相对于计数器的电阻而言电流钳的电阻要小得多，所以电流会选择电阻较小的通路也就是电阻钳。电流就全部顺着电流钳引入到测量设备中了。而当测量设备采集到电流之后，电流会进一步输入到前级放大器中。测量钳直接连接的装置是保护装置，这是为了避免由于引入的电流过大而对检查设备造成损坏。而当引入的电流过小时，往往测量的准确度达不到要求，因此采用放大器进行放大，将电流值控制在既不会对设备造成损害也能够达到测量要求的范围内。

7 电压监测装置电路设计

电压检测装备是预先安装在待测部位上的。其整体的结构实际上和电流检测装置类似具有相似性。都是采用了微控制单元作为控制器，采用无相差放大器来对数据进行放大处理。同时也具有GPS来实现同步测量，具有无线通信模块来进行信号通信，具有存储设备来实现数据的存储。需要重点介绍的是，在电压检测种植的无线通信模块中可以通过拨码开关切换装置的通讯地址，这样的功能在于当电流检测装置传递检测命令时能够正确的识别待测电压设备，而不会出现多个电压检测装置共同接受到信号的情况。当互感器接收到电压信号后，便会将其接入空气开关，然后测量电阻将会把它变成电流信号，交由MCU内部的其他模块进行采样计算。计算的最终结果将会以无线通信的方式发给电流检测设备，最后通过比较避雷器电压电流信号的相位差计算出阻性电流。

8结语

金属氧化锌避雷器逐渐成为了避雷器家族中使用最广泛的一个类别，其检测工作是进行日常维护和保养的关键环节。笔者通过调查发现市场上并无类似便携式氧化锌避雷器多功能智能测试装置的产品，考虑到电力生产中需要用到类似的产品，便进行了相对应的研究。在本文中筆者详细介绍了一种便携式MOA 阻性电流测量系统。实现便携这一特性的主要思路是将电压测量装备和电流测量准备分离，后者作为携带的部分，前者作为固定设备。这样不仅可以将装置分离实现便携，而且还能够避免每次测量工作时的接线环节。相对于传统的方式更加高效、安全，经过检验其检测效果良好值得大范围推广。

参考文献

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[3]李晓，查军.110kV氧化锌避雷器事故分析及防范措施[J].高电压技术，2018，29（7）：54-55.

作者简介：邵洪平（1968-），男，高级技师，云南电网有限责任公司三级技能专家;

李学腾（1993-），男，助理工程师，云南电网有限责任公司大理供电局变电修试所技术员。