便携式ZVS避雷器计数器测试仪研制与应用

马立乾

0 引言

同煤电网处于大同市北部，其地理位置和复杂的地形构成了频繁雷暴的气候环境。雷暴不仅给工农业生产和人民生活造成损害，也直接威胁着电网的安全运行。避雷器计数器是监测避雷器泄漏电流和记录雷击次数的仪器，运行人员通过观测避雷器计数器就可了解雷电放电次数和泄漏电流大小，进而判断避雷器是否正常工作及雷电的活动情况[1]。

过去一直采用的是绝缘摇表加电容器的方法对避雷器计数器进行试验，这就要一人用绝缘摇表给高压电容进行持续充电，另一人对避雷器计数器进行放电，试验过程中会出现充电电压不稳定，计数器指针不跳的现象，而且在计数器每个档位试验时还需多次充放电，效率极低。由于试验的反复性，不仅易损坏绝缘摇表，而且操作人员误碰测试线容易造成电击伤害。试验结束后必须对电容正负极短接放电，否则极易被电容中的高电压电击，危及试验人员的安全。

目前市场上测试仪的高压源采用的电路结构各不相同，分别有工频、中频、高频倍压电路，其中工频倍压易受电源电压波动影响，输出高压不稳定，带负载能力较差；中频倍压电路调宽调制电路复杂，带感性负载能力较差，需配套复杂的负载短路保护电路才能保证仪器的可靠使用；高频倍压中高压变压器绝缘要求高、空载电流大，且高频振荡回路的可靠性低。而且它们都存在一个共同的问题，不能满足高压输电线路上的避雷器计数器的校验。

1 现有技术手段测试过程中的问题

避雷器是防止雷电过电压的有效设备，而避雷器计数器起着监测和记录雷击次数的作用，它直接提供给运行人员雷电放电次数，同时运行人员通过避雷器计数器指示的泄漏电流大小判断避雷器是否正常工作。目前校验避雷器计数器的手段是用绝缘摇表加电容器以及市场上销售的避雷器计数器测试仪两种。测试过程中会存在以下问题：

（1）我们公司以前在对计数器进行年校时，线路避雷器计数器需要将其拆下来，带回单位试验完成后在再安装，工作量极大。并且线路避雷器的数量相当多，由于停电时间有限，不可能将每一个避雷器计数器都进行试验，使得电网安全运行存在着一定的隐患。

（2）在对站用避雷器计数器采用绝缘摇表加电容器进行试验时，试验过程中会出现充电电压不稳定，计数器指针不跳的现象，并且测试时间间隔大于30 秒，且测试过程中需要始终保持高压输出，存在安全隐患。而且在计数器每个档位试验时还需多次充放电，效率极低。

（3）由于实验的反复性，不仅易损坏绝缘摇表，而且操作人员误碰测试线容易造成电击伤害。试验结束后还需对电容正负极短接放电，否则极易被电容中的高电压电击，危及试验人员的安全。

2 便携式ZVS避雷器计数器测试仪技术方案设计

2.1 设计思路

（1）将ZVS 推挽自激升压模块[3]应用于该避雷器计数器测试仪中，用于控制高压发生器。其特点是发热低，性能稳定。

（2）电源部分设计为锂电池直流供电，体积小，易携带，并且配置了欠压、过压、过载及短路保护。

（3）储能回路由10个电解电容串联组成，即起到了分压作用，又能保证冲击电流达到测试要求。

（4）采用了充放电互闭锁电路，可极大的提高该仪器的安全性能。

2.2 技术方案

便携式ZVS避雷器计数器测试仪功能原理介绍：

图1 便携式ZVS避雷器计数器测试仪功能原理图

①电源：电源部分由3节锂电池供电，产生12 V、5 V两路电源，其中12 V用于ZVS模块起振，5 V用于电压监测电路，并且配置欠压、过压、过载及短路保护。

②ZVS 模块：ZVS 模块内部由两只场效应管Q1、Q2，它们与R1、R2、D1、D2、C、T组成推挽自激振荡电路。振荡过程中由D3 钳位Q1 栅极电压，D4 钳位Q2栅极电压，L1为振荡器补充电能。

③控制单元：该单元由机械电路及3 个按键K1（控制键）、K2（启动键）、K3（测试键）构成。K1 在充电位置时电路闭锁，可对电池充电，即图2所示充电闭锁；在打开位置时电路解锁，同时按下K2键时ZVS模块起振，储能器充能；K3键启动时储能器向外电路释放能量，进行测试。测试完成后让K2键弹起，接通放电电阻，完成放电。

④储能器：由10 个电解电容串联组成，ZVS 起振后通过控制单元给储能器充电，充满后再通过控制单元向外电路放电。电容串联即起到了分压作用，又能保证冲击电流达到测试要求。

⑤闭锁电路：该电路实时监测ZVS 输出端电压，当其高于阈值（可调）时通过反馈电路将电源输出端继电器节点断开，ZVS 模块停止工作；当监测到ZVS 模块输出端电压低于阈值时，继电器节点闭合，ZVS 模块起振。此电路起到保护锂电池的作用。

⑥电压监测：本仪器设有电源电压监测及工作电压监测两部分，其中电源电压监测的是电池电压，工作电压监测的是储能器输出端电压。所有元件安装在内胆绝缘的铝合金手提箱内（见图2）。控制面板采用高分子亚克力板制作，面板设置控制按钮、启动按钮、测试按钮、电压示数表两块、高压输出试验端。

图2 实物图

2.3 技术参数

（1）输出电压：DC0-1 000 V

（2）输出电流：＞100A/20 us

（3）输入电压：12/5 V

（4）电压表：工作电压监测表：DC 1 000 V

电源电压监测表：DC 30 V

3 与现有技术相比具有的有益效果

安全性：本实验仪器采用了充、放电互闭锁电路，即当ZVS 模块在给储能器充电时，储能器的输出端没有电压，当按下测试按钮时储能器输出端才会产生高压试验电源，并且试验完成后再次按下K2按钮后，输出端接通放电电阻，对储能器进行放电，避免了操作人员误碰测试线造成电击的伤害。

适用性：采用直流源提供动力，体积小、便于携带，并可对线路避雷器进行现场试验。

该仪器输出的标准冲击电流持续、抗短路能力强，测试间隔仅为0.5 s。

由两人协作校验减少为一人完成避雷计数器校验，节省了人力，提高了工作效率。

经济性：该仪器在检修试验过程中，有效地解决了线路计数器就地试验及避雷计数器试验与人身安全问题，其在安全中创造的经济价值无法估量。

4 结论

本次试验阶段共制作了3 台样机，并在同煤电网春检检修期间测试了400 多个计数器，测试结果表明：测试时间缩短了约20～30 倍，以前测试一只计数器需要5～8 分钟，使用该仪器只需要10～15 秒即可完成；测试成功率较传统方法有较大的提高，可达到100%；由于采用直流源提供动力，体积小、便于携带，可对线路避雷器进行现场试验，节省了人力还提高了试验效率。目前该仪器已申报并获得国家实用新型专利。