1 引言

沖擊電壓分壓器作為測量沖擊電壓的重要設(shè)備，它的功能正常與否直接關(guān)系到所測量沖擊電壓的準(zhǔn)確度和波形的質(zhì)量，目前用得最多的是低阻尼電容分壓器。在現(xiàn)場測量過程中，發(fā)現(xiàn)分壓器測得的沖擊電壓波形異常，并且隨著時間的推移，波形越來越差。作者對此進行了分析，確認(rèn)是由于分壓器中阻尼電阻設(shè)計缺陷所引起，并對設(shè)計缺陷進行了處理，總結(jié)了改進措施。

2 異常經(jīng)過以及設(shè)備損壞情況

在使用沖擊電壓發(fā)生器進行空氣間隙雷電波放電特性的試驗過程中，發(fā)現(xiàn)測量的電壓波形出現(xiàn)了明顯的振蕩。把波形改為操作波后，波形振蕩更加嚴(yán)重，但輸出電壓的幅值還是基本正確的，如圖1所示。一開始以為是由于試驗回路較大，試驗回路中電感引起回路震蕩所造成的。

為了找出故障原因，首先從以下幾個方面進行了初步檢查：

（1）把連接到試品上的高壓引線解掉，只連接沖擊分壓器，此時的波形沒有明顯的改善；

（2）用示波器本身自帶的方波信號對數(shù)字示波器和計算機部分進行了檢測，沒有發(fā)現(xiàn)接觸不良和短接的情況；

（a）雷電沖擊電壓波形

（b）操作沖擊電壓波形

圖1 沖擊電壓分壓器故障后沖擊電壓波形

（3）用搖表和萬用表對測量電纜進行了檢測，證明測量電纜的絕緣良好，沒有出現(xiàn)接觸不良和內(nèi)部短接的情況；

（4）把沖擊分壓器的低壓臂拆卸下來，對每個電容進行檢測，用萬用表進行測量，沒有發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象

經(jīng)過以上分析和檢查后，排除了低壓臂、測量電纜、示波器和計算機出現(xiàn)故障的可能性。

圖2 低阻尼電容的結(jié)構(gòu)

沖擊分壓器的高壓臂是由9節(jié)帶低阻尼電阻的電容器串聯(lián)而成的，其中每節(jié)電容器由5個電阻和5個電容串聯(lián)而成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中電容器為油紙電容器，電阻由電阻絲按照無感繞法繞在環(huán)氧樹脂筒上。作者最初按照以下步驟對高壓臂進行了檢測：

（1）只保留沖擊電壓發(fā)生器本體的下面4級工作，把上面的其余級短接掉，這樣就能夠保證沖擊電壓發(fā)生器在較大的同步范圍內(nèi)輸出一個較低的電壓值；

（2）將沖擊分壓器的最上面3節(jié)電容器用導(dǎo)線短接，保留下面6節(jié)電容器作為高壓臂，然后用沖擊電壓發(fā)生器輸出一個幅值較低的操作沖擊電壓，看此時輸出波形的好壞；

（3）用導(dǎo)線短接高壓臂中間的3節(jié)電容器，保留上面3節(jié)和下面3節(jié)電容器作為高壓臂，然后用沖擊電壓發(fā)生器輸出一個低幅值的操作沖擊電壓，看此時輸出波形的好壞；

（4）用導(dǎo)線短接最下面三節(jié)電容器，保留上面的6節(jié)電容器作為高壓臂，由沖擊電壓發(fā)生器輸出一個低幅值操作沖擊電壓，看此時波形的好壞。

通過以上步驟的檢查，發(fā)現(xiàn)在上述各種情況下，產(chǎn)生的操作沖擊電壓波形都存在嚴(yán)重的振蕩。由此可以斷定至少存在2節(jié)以上的電容器發(fā)生了故障，但用以上方法不能有效的確定是哪幾節(jié)電容發(fā)生了故障。為此，改用以下步驟對高壓臂重新進行檢測。

（1）用導(dǎo)線短掉上面的8節(jié)高壓臂電容器，只保留最下面一節(jié)電容器工作。用沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生一個低幅值的操作沖擊電壓，檢測所得到波形的好壞。通過檢測發(fā)現(xiàn)，當(dāng)高壓臂只有最下面一節(jié)電容器時，所得到的波形正常，從而確定最下面一節(jié)電容器是正常的。

（2）用導(dǎo)線短掉上面的7節(jié)高壓臂電容器，保留下面兩節(jié)電容器工作，重復(fù)上面的步驟，發(fā)現(xiàn)第二節(jié)電容器不正常，其中肯定有故障存在。

（3）用導(dǎo)線短掉上面6節(jié)電容器和第2節(jié)電容器，保留第一節(jié)和第3節(jié)電容器在高壓臂中，通過檢測，發(fā)現(xiàn)第三節(jié)電容器也不正常。

（4）按照上面的方法對其余的6節(jié)電容器進行檢測，發(fā)現(xiàn)只有第1節(jié)和第5節(jié)電容器是正常的，其余7節(jié)均有故障存在。

3 分壓器解體和異常原因分析

對沖擊分壓器進行解體拆卸，并對高壓臂電容器進行解剖檢查。通過檢查發(fā)現(xiàn)，在出現(xiàn)故障的7節(jié)高壓臂電容器中，每一節(jié)中的阻尼電阻均發(fā)生了電阻絲的繃斷和嚴(yán)重的燒傷痕跡，如圖3-圖5所示。

圖3 電容器損壞圖片

圖3中的情況是由于電阻絲繃斷以后，搭接到電容元件，在以后的使用中，產(chǎn)生火花放電，從而把電容元件燒壞。圖4中的情況是由于電阻絲繃斷以后，產(chǎn)生火花放電，造成環(huán)氧樹脂筒燒壞。圖5為燒傷不太嚴(yán)重的電阻。通過對現(xiàn)象分析，認(rèn)為發(fā)生故障的主要原因有以下幾點：

（1）在最初制造的時候，阻尼電阻的容量裕度設(shè)計不夠。選用的 直徑0.4mm的電阻絲線徑太細(xì)，在進行電壓較高陡度較大的雷電沖擊電壓試驗時，電阻絲被燒斷。

（2）所制造的電阻如圖中所示，電阻絲直接纏繞在環(huán)氧樹脂筒的卡槽里面，外面沒有任何固定措施，致使電阻絲在燒斷以后，彈出卡槽，有的搭接到電容元件上，如果繼續(xù)進行試驗，就極容易燒壞電容元件。

圖4 電阻嚴(yán)重?zé)龎膱D片

圖5 電阻輕微損壞圖片

4 維修和處理

通過以上分析，首先更換了阻尼電阻，由以前線徑為0.4mm的電阻絲更換為線徑為0.68mm的電阻絲。

為了防止電阻絲在熔斷后彈出卡槽，在電阻繞制好后，用環(huán)氧樹脂進一部密封和加固，保證了以后如果再發(fā)生電阻絲熔斷也不會彈出卡槽，從而防止進一步損壞電容元件。

在更換了所有的電阻后，對電容元件和電阻以及裝電容元件用的環(huán)氧筒用潔凈的變壓器油進行了清洗，整體組裝后又灌裝了新的變壓器油。保證了不會因為此次故障而為以后的使用留下隱患。

經(jīng)過以上處理，并把分壓器重新組裝起來，振蕩現(xiàn)象消失，波形回復(fù)正常。新的波形如圖6所示。

圖6 沖擊分壓器修復(fù)后的電壓波形

5 總結(jié)和建議

沖擊分壓器作為測量沖擊電壓的關(guān)鍵部件，一定要保證其完好無損，才能保證測量正確。針對此次故障，提出以下建議：

（1）制造沖擊分壓器時，應(yīng)對阻尼電阻的通流能力進行認(rèn)真的核算，并留有充分的裕度，以保證能夠長期連續(xù)工作。

（2）在制造阻尼電阻時，要把電阻絲用環(huán)氧樹脂密封固定在環(huán)氧筒的卡槽里，以防止由于電阻絲熔斷，引起電容元件燒毀或者故障的進一步惡化。

（摘編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“一起沖擊電壓分壓器故障缺陷的分析和處理”，作者為張瑜、巫水萍等。）