避雷器放电计数器校验仪校准方法的研究探讨

朱镇杰，罗燕红，吕东瑞，陈昕

（1.广电计量检测集团股份有限公司，广州 510656；2.威凯检测技术有限公司，广州 510663；3.广东电网有限责任公司汕头供电局，汕头 515041）

引言

避雷器作为配网防雷的主要手段，目前在配电线路和配电变压器上有着广泛的应用[1]。避雷器放电计数器主要用于记录避雷器的放电动作次数，当避雷器不动作计数时，则容易造成对该避雷器性能及状态的误判，若处理不及时可能会造成避雷器爆炸等严重后果[2～3]。电力系统规定避雷器放电计数器每年应至少检查一次，通常使用避雷器放电计数器校验仪检查各种避雷器放电计数器的可靠性。避雷器放电计数器校验仪应每年进行计量校准，以确保其测量结果的准确性和可靠性。但目前还没有国家、部门计量检定规程或校准规范，研究和制定避雷器放电计数器校验仪校准方法是非常必要的。

1 仪器概述

避雷器放电计数器校验仪（以下简称“校验仪”）用于校验各种避雷器放电计数器的可靠性，一般具备“计数器动作次数校验”和“毫安表校验”功能模式，现场检查放电计数器动作的方法有直流法、交流法和标准冲击电流法，以标准冲击电流法最为可靠。常见的校验仪均为标准冲击电流法，即产生8/20 μs、不小于100 A的冲击电流波作用于避雷器放电计数器，检查计数器动作是否正常。校验仪主要由有脉冲电流输出模块和标准工频电流输出模块（配套电流表）组成[4～7]。

2 校准项目及校准方法

2.1 校准用测量设备（见表1）

表1 校准用测量设备

2.2 校准参数及方法

因为放电计数器的动作灵敏性与冲击电流的幅值、波形有关，当冲击电流幅值达不到避雷器动作计数的启动值时会出现放电计数器计数不准确的情况[8]。根据校验仪的工作原理和功能要求，其校准项目主要有：直流电压、冲击电流、冲击电流波前时间、冲击电流持续时间、交流电流。另外需要考虑将校验仪的“动作次数计数功能”检查作为外观及通电检查的其中一部分。

1）直流电压示值误差的校准

接线如图1所示，将被校校验仪的电流输出端和直流数字高压表电压采集端相接。设置被校校准仪输出直流电压值，读取被校校准仪电压示值和直流数字高电压表示值。

图1 直流电压测试连接图

2）冲击电流峰值的校准[9,10]

接线如图2所示连接被校校验仪、电流变换器和数字示波器，按测试开关键，从数字示波器读取幅值电压峰值Upek。

图2 冲击电流峰值测试连接图

3）冲击电流波前时间的校准

接线如图2所示，设置、调节数字示波器使一个完整的脉冲上升沿波形显示于屏幕中央。测量峰值10 %到90 %的时间间隔t1。测量对应的短路电流波前时间t=1.25*t1。波形图见图3。

图3 波前时间、持续时间示意图

4）冲击电流持续时间的校准

接线如图2所示，设置、调节数字示波器使一个完整的脉冲波形显示于屏幕中央。测量电流上升到50 %峰值和下降到50 %峰值两点之间所对应的时间间隔t2。测量对应的短路电流持续时间t=1.18*t2。波形图见图3。

5）交流电流的校准

接线如图4所示，用交流数字电流表对被校校验仪的电流校验输出功能进行校准。

图4 交流电流测试连接图

3 校准结果及不确定度评定

3.1 校准结果

按照以上校准方法进行校准，由于不同厂家的校验仪其性能特性存在功能上的差异性以及一定程度上的分散性，笔者选用DYC型校验仪作为典型型号试品并对每个参数测量3遍取其试验结果的平均值来消除分散性，数据见表2，波形图见图5。其冲击电流8/20 μs的动作特性结果见表3。

图5 冲击电流实测波形图

表2 校准结果

表3 8/20 μs冲击电流的动作特性

3.2 不确定度评定[11]

以冲击电流峰值为例，对其不确定度进行评定。

1）测量模型

式中：

I— 冲击电流峰值；

K—电流变换器转换系数；

Vn—数字示波器电压幅值。

2）标准不确定度分量

①数字示波器引入的不确定度分量

经查询数字示波器测量电压2 V量程的最大允许误差为±1.5 %，视其为均匀分布，置信因子，则。

②电流变换器引入的不确定度分量

电流变换器转换系数为K=0.01 A/V，在测量200 A量程的最大允许误差为±1 %，视其为均匀分布，置信因子，则≈0.58 A/V。

③测量重复性引入的不确定度分量

在重复性条件下，对冲击电流峰值进行连续10次测量，数据见表4。

表4 重复性测量数据

用贝塞尔公式计算实验标准偏差为：

3）合成不确定度

①标准不确定度分量汇总表（见表5）

表5 标准不确定度分量汇总表

②合成不确定度计算

以上各项标准不确定度分量是互相独不相关，则其合成标准不确定度:

4）扩展不确定度

取包含因子k=2，则扩展不确定度为：

4 结论

根据校验仪的冲击电流最大允差值为±（10～20）%，由于UMPE，因此使用数字示波器和电流变换器作为标准器的校准方法能满足校验仪的冲击电流峰值的量值溯源要求。同时从表2、表3和图5的试验结果可得出以下结论：

1）冲击电流峰值超过100 A时，校验仪的动作灵敏性基本与冲击电流的极性无关；

2）按照本文的校准方法测量8/20 μs冲击电流波形，满足标准雷电流冲击波的计量特性；

3）“毫安表校验”功能模式输出的交流电流为工频电流；

4）冲击电流下冲不大于峰值电流的30 %，符合标准雷电流冲击电流下冲的技术要求；

5）冲击电流试验采用直接短路测量方法是符合实际的，无需接入负载阻抗。

5 结束语

本文阐述了校验仪的组成、校准方法以及示值误差的不确定度评定分析。依据校验仪的工作原理，提出直流电压、冲击电流、冲击电流半波时间、冲击电流持续时间、交流电流五个测量参数的校准方法，使用的标准器主要是数字示波器、电流变送器、交流数字电流表和直流数字高压表，操作使用简单，并已通过大量的试验验证校准方法的可行性及适用性，适于同行机构开展业务的推广应用以及制定其检定规程或校准规范提供一定的参考。