摘 要：针对氧化锌避雷器现场检测中存在的问题，分析了产生原因并加以论述，阐明了研制氧化锌避雷器试验台的必要性及研究思路。
关键词：电力机车 氧化锌 避雷器 试验台
1 前言
电力机车从接触网获取电能，在正常情况下只承受接触网的额定电压作用，但是由于各种原因，系统中某些部分的电压可能会升高，甚至大大超过正常状态下的电压，危及设备的绝缘，这种危及设备绝缘的过电压可以分为大气过电压和内部过电压。内部过电压主要有操作过电压、整流器换向过电压等，在电力机车上，主要采用牵引变压器次边绕组、整流柜整流元件并联阻容过电压吸收装置和非线形电阻装置来吸收内部过电压。大气过电压是由于雷击电气设备而产生的，雷电这种现象极为频繁，雷电放电产生的过电压可以达到数百万伏，这样的过电压足以使任何额定电压的设备绝缘发生闪烙和损坏。在铁道电气化系统中，接触网线路纵横交错，广泛分布在广阔的地面上，电力机车作为用电设备，很容易遭受雷击，电力机车大气过电压保护主要是在网侧设置金属氧化物避雷器，在电力机车的车顶上普遍安装了Y10WT-42/105TD型无间隙金属氧化物避雷器。
2 问题提出
检修规程要求定期对避雷器进行预防性试验：（1）测量直流参考电压；（2）测量直流泄露电流；（3）测量交流参考电压；（4）测量持续运行电流；（5）测量绝缘电阻。实际情况是：机务段普遍没有配备氧化锌避雷器试验台，即使个别机务段配备了该设备，交流参考电压和持续运行电流也无法测试或测试结果不准确，关键问题是：交流参考电压和持续运行电流两个测试项目要求测试流过避雷器的阻性电流，而氧化锌避雷器的等效电路为非线性电阻与非线性电容的并联，测试电流为阻性电流和容性电流的合成电流，如何从物理结构上不可分割的非线性阻容并联的电路中准确分离出阻性电流呢?检修工艺要求采用LCD-4阻性电流仪测量。20世纪80年代中期进入国内市场的日本产LCD－4阻性电流仪利用补偿电容电流的原理，不仅测试仪器价格昂贵，而且使用不方便。因此，需要研究能够满足现场实际需求的氧化锌避雷器试验台。
3 研究内容
根据检修工艺要求，测量交流参考电压时，对避雷器两端施加50Hz工频电压，当流过避雷器的阻性电流为1mA时，读取电压的峰值，其值不得小于56kV；测量持续运行电流时，对避雷器施加50Hz的工频电压30kV，此时流过避雷器的阻性电流不应超过300uA。系统采用线性光隔离电量传感器检测有关的电气参数，显示施加到避雷器两端工频电压的有效值和峰值，同时显示流过避雷器阻性电流的峰值。电子控制系统由大规模集成电路构成，使其具有控制简单、性能稳定、调节灵活等特点。当出现过流时进行声光报警，自动封锁电子开关，封锁高压变压器的输出电压，使电动调压器自动回零，回零后自动复位。试验台设有峰值和有效值切换开关，便于观察施加到避雷器两端电压的峰值和有效值。该设备能够满足检修工艺的要求，可以替代价格昂贵的LCD-4型阻性电流仪，提高氧化锌避雷器的检修质量。
4 总体方案确定及抗干扰信号的处理
4.1 方案设计
如何利用电子线路从物理结构上不可分割的非线性阻容并联的电路中准确分离出阻性电流，该试验台的总体设计方案确定为不直接从总电流中分离出阻性电流，而是在容性电流为零时将电流值送入采样保持电路，这样即可测得流过避雷器的阻性电流。根据电路原理，很容易求得容性电流为零的时刻，即在施加到避雷器两端的工频正弦电压的峰值点即为采样时刻。这一测试原理用电子线路比较容易实现。经现场试验表明，不仅准确测量出了流过避雷器的阻性电流，而且与数字示波器测量值一致，设计方案达到了预期效果。
4.2 抗干扰信号的处理
氧化锌避雷器试验台处于高压强电场环境下，确保电子线路在强电场环境下稳定、可靠工作是该试验台的关键，经分析，通常外部干扰主要有以下几种途径：
（1）经导线传输耦合到系统；
（2）电源不洁净，混杂噪声；
（3）多点接地，电位差造成环路电流；
（4）浮空电路与接地系统间有分布电容。
针对上述干扰途径和方式，试验系统采取了多项抗干扰措施。如：良好接地状态，输入信号线采用屏蔽线，电子开关触发信号进行光隔离，电路中大量使用低通滤波及加退耦电容，使系统抗干扰能力显著增强，提高了运行可靠性。
5 测试原理及试验台构成
5.1 测试原理
氧化锌避雷器的等效电路为非线性电阻与非线性电容的并联，如图1所示，图中R为非线性元件，测试电流为阻性电流和容性电流的合成电流。根据电路原理，流过电容器的电流为: ，如果在ic=0即时测量流过避雷器的总电流it，即为流过避雷器的阻性电流ir。在施加到避雷器两端的工频正弦电压的峰值点处进行采样，即可得到流过避雷器的阻性电流。测试原理的巧妙之处在于不从总电流中减去容性电流来得到阻性电流的波形，而是在容性电流为零时测量总电流，就可以方便地得到阻性电流。
5.2 试验台的构成
试验台主要由电动调压器、电子开关、高压变压器、控制台、测试仪表及声光报警装置构成，如图2所示。
6 主要功能和技术参数
6.1 主要功能
（1）施加到被测试避雷器两端的工频交流电压连续可调。
图2氧化锌避雷器及试验台外观
（2） 便于测试施加到被测避雷器两端的工频交流电压的有效值和峰值。
（3） 准确测量流过避雷器的阻性电流值。
（4） 具有定时功能。
（5）具有短路、过流和高压安全保护功能。
6.2 主要技术参数
（1）电源: AC220V 1kVA。
（2）额定输出电压有效值: 57kV
（3）阻性电流峰值: 2mA。
（4）试验时间设定范围: 0-99分钟59秒。
7 结束语
氧化锌避雷器试验台系统采用线性光隔离电量传感器检测有关电气参数，用数字仪表显示施加到避雷器两端工频电压的有效值和峰值；利用电子线路准确测量流过避雷器阻性电流的峰值，具有过流、定时等保护功能；采用封锁触发脉冲来封锁电子开关进行保护，自动回零复位。该设备在我段研制成功并得到推广应用以来，其检测准确度完全能够满足机车段修技术规程要求，可以替代价格昂贵的进口LCD-4型阻性电流仪的使用，大大提高了氧化锌避雷器的检修质量，对消除故障隐患，提高机车运用效率具有良好作用，推广应用前景广阔。
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