浅谈氧化锌避雷器测试仪器的校准

赵斯衎

（福建省计量科学研究院，福建 福州 350003）

1 前言

经济建设的高速发展，带动了电力行业的不断发展，电力设备的更新换代越发频繁。氧化锌避雷器是当下最新型的产品，因其卓越的性能、优良的品质，已取代了其他类型的避雷器，成为电力系统中更新换代的首选，得到了广泛的推广运用。由于其运行状况的优劣直接关系着整个电力系统其他设备运行状况的好坏，甚至影响着电力系统每个环节的正常运行，因此，必须确保氧化锌避雷器运行状况的安全可靠。

氧化锌避雷器内部相当于由电容C和和非线性电阻R并联组成。在交流电压下，总泄漏电流IX为容性电流IC和阻性电流IR之和，通常情况下，IC远大于IR。当其绝缘程度发生劣化时，IR随之增加，而IC却几乎不变。因此，阻性电流IR的增大被作为其绝缘程度改变的判断依据。由于一般阻性电流不会超过总电流的1/5，观察总电流的变化情况难以确定阻性电流的变化情况，而其内部受潮老化是一个相对缓慢的过程，因此，在运行条件下，通过在线监测的办法，对阻性电流进行独立观察，进而掌握整个氧化锌避雷器的实际运行状况，是目前电力系统中普遍采取的检测办法。目前市场上用来测试氧化锌避雷器的各式各样的仪器，其工作原理几乎都是依据在线监测的方法进行。由于此类仪器方便携带，因而被大量用于现场检测，其自身的准确性和可靠性便显得尤其重要。

本文通过对该类仪器所采用的工作原理的分析，利用科学的计量方法，对其校准结果进行分析，以达到量值溯源的目的。

2 氧化锌避雷器的几种常见监测方法

目前市场中有各式各样的氧化锌避雷器测试仪器，如AI-6106型氧化锌避雷器带电测试仪，ED0403型氧化锌避雷器在线监测仪，HC800-111型避雷器监测器综合测试仪等。诸如此类仪器，其工作原理仍是依据在线监测的方法进行设计的，具体可分为以下几种。

2.1 总电流监测法

使用避雷器监测器，将其安装于氧化锌避雷器线路中，不仅可以对放电次数进行计数，还可长期对避雷器的泄漏总电流进行监控。也可使用高精度的钳形电流表进行测量，直接读取泄漏总电流值。

2.2 补偿监测法

2.3 谐波分析监测法

采用数字谐波分析技术，从总泄漏电流中通过傅里叶变换，分离出阻性电流的基波分量和三次谐波分量。在系统电压的作用下，产生功耗的只有阻性电流的基波分量，高次谐波分量不做功[1]，通过阻性电流基波分量的变化情况，可判断氧化锌避雷器的运行状况。

2.4 零序电流监测法

氧化锌避雷器内部由多个氧化锌电阻片构成，每个电阻片都是一个非线性电阻，其在基波电压的作用下，会产生阻性电流的三次谐波[2]。当绝缘状况发生改变时，其阻性电流的三次谐波分量IR3会随着阻性电流IR的增大而增大，说明两者间存在特定的比例关系，通过对IR3的在线监测，就能得到IR。

3 氧化锌避雷器测试仪器的校准分析

从以上分析不难看出，几种常见的在线监测方法都围绕着对阻性电流的测试进行，因此，作为现场测试氧化锌避雷器的最高标准，氧化锌避雷器测试仪器对阻性电流的测试结果将直接影响到对氧化锌避雷器运行状况的判断。由于目前国家或地方并无针对该类仪器的相应检定规程或校准规范，也无可进行校准、检测的专用设备，因此，给该类仪器的量值溯源工作带来了困难。本文以AI-6106型氧化锌避雷器带电测试仪为例，通过对其测量结果的校准分析，从而达到对该类仪器的量值溯源目的。

3.1 利用多功能校准器作为主标准器，将其调至相应量程，并与被校仪器的电流输入端相连，由标准器输出标准电流给被校仪器，分别读取标准器上的标准电流值与被校仪器上的对应电流值。将两者数值相减，其差值即为被校仪器电流的示值误差。

3.2 建立数学模型：△＝I-I0

式中：△—被校仪器的电流示值误差；I—被校仪器的电流示值；I0—标准器输出的标准电流值。

3.3 各输入量的标准不确定度的评定

（1）输入量I的标准不确定度u(I)的评定：

输入量I的标准不确定度主要是由被校仪器的重复性引起的，可对其某一测量点进行连续测量，得到一组测量列，并采用A类标准不确定度评定的方法对其进行评定。以1mA测量点为例，在相同环境条件下，对该测量点连续测量10次，其结果如下表所示：

测量次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10测量结果 1.000 0.999 0.998 0.999 0.998 1.000 1.001 1.001 1.002 0.998

（2）被校仪器的分辨力引入的不确定度评定：

由于被校仪器的在1mA测量点的分辨力为0.001mA，则半宽区间a＝0.000 5mA，服从正态分布，取，则根据公式a/k＝0.000 5/＝0.000 288 6mA。

根据《JJF 1033-2008计量标准考核规范》的规定，若重复性引入的不确定度分量大于被校仪器的分辨力引入的不确定度分量时，可以忽略分辨力引入的不确定度分量，反之，若被校仪器的分辨力引入的不确定度分量大于重复性引入的不确定度分量时，则重复性引入的不确定度分量可以忽略不计[3]。

经过计算，在1mA测量点由重复性引入的不确定度分量为0.001 414mA，远大于因分辨力引入的不确定度分量0.000 288 6mA，则后者可不予考虑。因此，对输入量I的标准不确定度u(I)的评定为 0.001 414mA。

（3）输入量I0的标准不确定度u(I0)的评定：

输入量I0的不确定度来源主要是由标准器输出不准引起的不确定度，可采用B类标准不确定度评定的方法予以评定。由于在重复性条件下所测得的测量列的分散性已包含了多功能校准器的稳定度，调节细度及读数分辨力所引起的不确定度，因此可忽略，不予分析。用多功能校准器作为主标准器，其本身是经更高标准校准合格，可根据技术说明书给出的示值误差来评定，输出电流为 1mA 时

3.4 合成标准不确定度的评定

灵敏系数：C1＝∂Δ/∂I＝1，C2＝∂Δ/∂I0＝-1

由于输入量I与I0彼此独立，互不相关，所以合成标准不确定度如下式：

3.5 扩展不确定度U的评定

通常取包含因子 k＝2，表达式为：U＝k·uc（Δ）。 因此，在 1mA测量点时的扩展不确定度 U 为 0.002 828，即 Urel＝0.3%，k＝2。

同理，其余各个测量点的扩展不确定度U也可按照以上步骤计算得到。

如在10mA测量点时，连续测量10次，测量结果如下表所示：

测量次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10测量结果 10.000 9.999 9.999 9.999 10.000 10.001 10.002 10.001 9.998 9.998

可得，S＝0.001 414mA，同样大于由被校仪器的分辨力引入的不确定度，因此后者也可忽略不计。而由标准器输出不准引起的不确定度为0.000 23mA，则通过合成标准不确定度计算公式，可以得到在10mA测量点的合成标准不确定度为0.001 433mA，因此，在10mA测量点时的扩展不确定度U为0.002 865，即Urel＝0.3%，k＝2。

综上所述，AI-6106型氧化锌避雷器带电测试仪的显示电流值的其余各个测量点，均可按照以上不确定度的评定方法及相关步骤进行校准。目前市场上的类似仪器，其输出电流的校准同样也可以参照此类方法进行。

4 结语

氧化锌避雷器测试仪器利用在线监测的原理，能够对氧化锌避雷器的运行状况做出判断，且方便携带，操作简单，在现今电力部门中广泛使用。由于反映避雷器的运行状况的最主要参数就是阻性电流，作为现场测试的最高标准，该类仪器输出电流值的准确性便显得尤为重要。本文结合在线监测方法的原理，对其输出电流值进行校准分析，不仅保证了该类仪器在电力部门现场测试中的正常使用，也确保了该类仪器在计量方面的量值溯源，为今后该类仪器的更新发展提供了一定的技术依据。

[1]杨晓东.氧化锌避雷器监测方法分析[J].新疆电力技术，2008（2）：26-28.

[2]张则景.浅析氧化锌避雷器在线测试方法[J].电气应用，2009(28)：48—51.

[3]JJF1033-2008，计量标准考核规范[S].

[4]颜湘莲.电力系统中金属氧化物避雷器的监测与诊断[J].电力自动化设备，2003(2)：79—82.