一种变电站低压避雷器的电气特性测试装置技术领域
本发明一种变电站低压避雷器的电气特性测试装置，用于检测避雷器运行的性
能。
背景技术
变电站内低压氧化锌避雷器使用量较大，主要安装在电压互感器端子箱、保护屏、
所变压器内。近年来，低压系统避雷器使用量增大，涉及面广，低压系统以及二次系统遭受
雷电事故率的升高，对低压避雷器的试验方法和测试装置提出了新的要求。电气装置安装
工程《电气设备交接试验标准》规定金属氧化物避雷器试验项目：1、低压(1kV以下)用500V
兆欧表，绝缘电阻不小于2MΩ。2、直流参考电压和0.75倍电压下泄漏电流。电力系统内暂无
此类低压避雷器特性试验仪器，根据要求，检修试验部门应具备低压避雷器测试装置，对电
网所辖变电站低压避雷器进行有效监测。有鉴于此，一种专用于变电站低压避雷器的电气
特性测试装置，是检测避雷器运行的性能的有利手段。
发明内容
本发明一种变电站低压避雷器的电气特性测试装置，操作方便、易于携带、可快速
检测低压避雷器的运行工况，进行事故分析判断。减少工作负担、提高工作效率、缩短检修
停电时间。
本发明所采用的技术方案是：
一种变电站低压避雷器的电气特性测试装置，包括CPU模块、键盘模块、显示模块，
键盘模块与显示模块均与CPU模块连接，所述CPU模块通过D/A模块分别与稳压模块、稳流模
块连接，稳压模块、稳流模块均与倍压整流模块连接。倍压整流模块一侧连接电压反馈模
块，另一侧连接功率保护模块，功率保护模块连接CPU模块。氧化锌避雷器一侧连接电压反
馈模块，另一侧连接RI模块，氧化锌避雷器另一侧还分别连接稳流模块、电流采样模块。分
压电阻一侧连接电压反馈模块，另一侧连接电压采样模块，所述电流采样模块、电压采样模
块均连接A/D模块，A/D模块连接CPU模块。
所述D/A模块包括D/A转换器TLC5618、放大器OP07。
所述A/D模块包括电子开关芯片CD4051，仪表放大器AD620，模数转换器AD7705等
组成
所述稳压模块包括电压比较器LM339、运算放大器TL062、电压比较器LM311；由D/A
模块提供基准电压，电压比较器LM339组成基准频率，运算放大器TL062对信号放大比较，稳
压模块由电压比较器LM311驱动。
所述稳流模块：由D/A模块提供基准电流，放大器OP07检测测试回路中电流，经运
算放大器TL062与基准电流做比较，输出信号叠加到稳压模块，进行控制输出电压达到稳流
目的。
所述电压反馈模块：电压反馈信号由高压电阻进行分压，信号经放大器OP07放大。
所述倍压整流模块包括：高压变压器，高压电容，高压二极管，限流电阻，放电电
阻，滤波电感。
所述功率保护模块：高压驱动输入功率(电流量)限制保护，所采集到的信号经比
较器和基准信号比较放大，叠加到稳流模块，进行控制高压输出或者关断。
所述电流采样模块：由电感，电阻电容组成前置滤波，滤波信号经运算放大器
TLC2652CN、运算放大器CA3140E、偏置电路、档位调节电路组成。
所述RI模块：为串联在高压输出回路中，由大功率高精度的金属膜电阻、瞬变二极
管和电容电感组成，所采集到的信号经比较器和基准信号比较放大，叠加到稳流模块进行
控制高压输出或者关断。
一种变电站低压避雷器的电气特性测试方法，先设定稳流输出1mA，然后施加远大
于1mA时所需测试电压；等待电压电流相对稳定后，采集1mA时电压，然后CPU模块设定输出
电压为所读到的电压值；由于避雷器的曲线特性，当电压降到之前1mA时的电压时，电流就
不一定是1mA，此时需要进行电压微量调整，让电流稳定在1mA。
一种变电站低压避雷器的电气特性测试装置，应用于变电站内1kV及以下低压氧
化锌避雷器电气特性测试。
本发明一种变电站低压避雷器的电气特性测试装置，有益效果如下：
1：输出直流电压，升压调节范围0-2500V，电流0-5mA。该装置在原有绝缘电阻测试
仪测量系统的基础上，加入一组可控的稳流模块即可完成避雷器的测试需求，可有效解决
电力系统暂无对低压及二次系统避雷器进行电气特性试验的问题。
2：测试仪实现了多个测试项目一体化集成功能，综合了低压氧化锌避雷器检测项
目，绝缘电阻测试、吸收比测试、直流泄漏电流测试。测试过程简单，操作方便一键式自动完
成吸收比、极化指数、直流泄漏电流测量；具有耐压测试、快速测试等功能选项。自动测试数
字显示结果。具有自动放电功能，测试完毕放电过程有声音和文字信息提示，放电至60V的
时间小于10秒。
3：该测量装置可广泛应用于变电站、发电厂的配电柜低压氧化锌避雷器设备性能
检测，对高压电器设备如：变压器、电抗器、电容器、断路器等进行绝缘电阻、吸收比、极化指
数的测量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的电气连接原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种变电站低压避雷器的电气特性测试装置，包括CPU模块、键盘模
块、显示模块，键盘模块与显示模块均与CPU模块连接。所述CPU模块通过D/A模块分别与稳
压模块、稳流模块连接，稳压模块、稳流模块均与倍压整流模块连接。倍压整流模块一侧连
接电压反馈模块，另一侧连接功率保护模块，功率保护模块连接CPU模块。氧化锌避雷器一
侧连接电压反馈模块，另一侧连接RI模块，氧化锌避雷器另一侧还分别连接稳流模块、电流
采样模块。分压电阻一侧连接电压反馈模块，另一侧连接电压采样模块，所述电流采样模
块、电压采样模块均连接A/D模块，A/D模块连接CPU模块。
所述D/A模块包括D/A转换器TLC5618、放大器OP07。
所述A/D模块包括电子开关芯片CD4051，仪表放大器AD620，模数转换器AD7705。
所述稳压模块包括电压比较器LM339、运算放大器TL062、电压比较器LM311；由D/A
模块提供基准电压，电压比较器LM339组成基准频率，运算放大器TL062对信号放大比较，稳
压模块由电压比较器LM311驱动。
所述稳流模块：由D/A模块提供基准电流，放大器OP07检测测试回路中电流，经运
算放大器TL062与基准电流做比较，输出信号叠加到稳压模块，进行控制输出电压达到稳流
目的。
所述电压反馈模块：电压反馈信号由高压电阻进行分压，信号经放大器OP07放大。
所述倍压整流模块包括：高压变压器，高压电容，高压二极管，限流电阻，放电电
阻，滤波电感。
所述功率保护模块：高压驱动输入功率(电流量)限制保护，所采集到的信号经比
较器和基准信号比较放大，叠加到稳流模块，进行控制高压输出或者关断。
所述电流采样模块：由电感，电阻电容组成前置滤波，滤波信号经运算放大器
TLC2652CN、运算放大器CA3140E、偏置电路、档位调节电路组成。
所述RI模块：为串联在高压输出回路中，由大功率高精度的金属膜电阻、瞬变二极
管和电容电感组成，所采集到的信号经比较器和基准信号比较放大，叠加到稳流模块进行
控制高压输出或者关断。
本发明装置还包括电源模块：由电池组提供电压，经过变压器升压整流滤波后，提
供4组电源，分别是+12V，-12V，+5V，-5V。
根据电气原理图所示：仪器核心是由单片机存储器等组成CPU模块，控制电路中电
源开关、数据显示、接收键盘指令、控制A/D模块、D/A模块、高压电路的启动和停止以及自动
放电等。
首先仪器开机后，电池提供的电源是在一定范围内波动的，经由电源模块进行变
换，经过滤波整流后，得到工作需要的4路电压±12V，±5V。
显示模块由单片机控制，显示仪器当时的各种信息界面，配合键盘控制，可以进行
所需要的测试项目。
D/A模块由单片机控制，提供输出电压的基准电压，输出电流的基准电流，功率保
护电路的基准电压，各基准电压大小根据所测试项目不同，会进行自动调整。
A/D模块负责信号采集，由单片机控制，单片机通过对各种信号的分析，执行不同
的命令，控制电路的稳定运行；采集的信号由，电池电压，电池充电电压，充电电流，高压输
出电压，高压输出电流；以及工作的电压等是否在正常；单片机采集到的高压电压，和电流，
会根据测试项目不同，相应的换算成电阻值或者电流值和电压值等显示。
其中保护信号采集模块为：RI模块和功率保护模块。RI模块是检测输出回路中的
电流，信号经过滤波放大处理后，与A/D模块提供的基准电压进行比较后得到的信号提供给
稳流模块处理。功率保护模块是限制高压驱动电路的输出功率而达到保护高压的驱动电
路，得到的信号同样经过滤波处理，然后和A/D提供的基准进行比较后，提供给稳流模块处
理。
电压反馈模块负责采集输出电压信号，经过放大器处理后提供给稳压模块。
电流采集模块负责采集测量回路中的电流信号，经过处理，提供给A/D采集模块供
单片机检测处理。另外信号还提供给稳流模块，当其他保护模块失效时，可以提供辅助保
护。
稳压模块将D/A模块提供的基准电压和反馈回来的信号进行比较，得到的信号提
供给调制电路(脉宽调制)。
稳流模块将RI模块，功率模块，电流采样模块的信号和D/A提供的基准信号进行比
较，优先达到保护条件的信号送给调制电路(脉宽调制)。
调制电路将稳压模块和稳流模块的信号进行相加，再和标准信号叠加，输出信号
就可以控制高压的输出大小。
低压氧化锌避雷器测试项目包括：1、1000V绝缘电阻试验；2、泄漏电流1mA时电压
最大为1500V。本发明一种变电站低压避雷器的电气特性测试装置，测试原理：先设定稳流
输出1mA.然后施加远大于1mA时所需测试电压。等待电压电流相对稳定后，采集1mA时电压，
然后CPU模块设定输出电压为所读到的电压值。由于避雷器的曲线特性，当电压降到之前
1mA时的电压时，电流就不一定是1mA，此时需要进行电压微量调整，让电流稳定在1mA。电路
设计原理如图1所示。
本发明一种变电站低压避雷器的电气特性测试装置，采用CPU模块控制，全中文操
作界面，该装置引入数字滤波技术，抗干扰能力强、适用于复杂高压现场测量。电磁兼容设
计，抗冲击能力强、机身塑壳、携带方便。内置电源模块，电源模块为大容量2600mAh锂电池。
智能化充电电路，电池使用寿命长。显示模块采用128*64点阵图文液晶显示器，带绿色背
光，不受光线影响，使读数更清晰。仪表10分钟无动作将自动关机。
本发明一种变电站低压避雷器的电气特性测试装置，主要应用于变电站内1kV及
以下低压氧化锌避雷器电气特性测试，测试性能：
1、绝缘电阻测试设定加压值自动升压，并自动显示测试绝缘电阻值结果。
2、避雷器直流参考电压测试，自动升压至泄漏电流1mA，系统自动运算降压至75％
电压值测试泄漏电流显示，测试过程全自动完成。
绝缘电阻测试0-2500V，直流参考电压升压范围0-2500V，泄露电流测试范围0-
5mA。该装置集成低压避雷器多项试验项目，自动升/降压分析测试。所采用的元器件生产工
艺成熟，测试装置运行稳定可靠，有效解决电力系统暂无对低压及二次系统避雷器特性试
验仪器的问题。
本发明一种变电站低压避雷器的电气特性测试装置，便于操作、携带，外型尺寸：
285mm×247mm×120mm仪器重量：2.5kg。整机重量：6.3kg。测量单只避雷器耗时2分钟，单人
携带且和独自完成操作测试。
实施例：
对某380V低压避雷器(型号HY1.5W-0.5/2.6)进行5次平行试验，均符合技术参数
值，测试结果统计分析如下表：
表1某避雷器5次试验数据
实际应用案例：
某变电站技改工程中，采用发明低压避雷器特性测试装置进行检测，在检测的15
只避雷器中有一只参数不合格，充分检验了测试仪的应用效果。
表2某变电站避雷器批次检测