简介： 对冲击电压波形异常现象进行了分析，确定是由于冲击分压器故障引起。对故障原因进行了分析，认定冲击分压器存在缺陷，修复了冲击分压器，并总结了相应的改进措施。
1 引言
冲击电压分压器作为测量冲击电压的重要设备，它的功能正常与否直接关系到所测量冲击电压的准确度和波形的质量，目前用得最多的是低阻尼电容分压器。在现场测量过程中，发现分压器测得的冲击电压波形异常，并且随着时间的推移，波形越来越差。作者对此进行了分析，确认是由于分压器中阻尼电阻设计缺陷所引起，并对设计缺陷进行了处理，总结了改进措施。
2 异常经过以及设备损坏情况
在使用冲击电压发生器进行空气间隙雷电波放电特性的试验过程中，发现测量的电压波形出现了明显的振荡。把波形改为操作波后，波形振荡更加严重，但输出电压的幅值还是基本正确的，如图1所示。一开始以为是由于试验回路较大，试验回路中电感引起回路震荡所造成的。
为了找出故障原因，首先从以下几个方面进行了初步检查：
（1）把连接到试品上的高压引线解掉，只连接冲击分压器，此时的波形没有明显的改善；
（2）用示波器本身自带的方波信号对数字示波器和计算机部分进行了检测，没有发现接触不良和短接的情况；
（a）雷电冲击电压波形
（b）操作冲击电压波形
图1 冲击电压分压器故障后冲击电压波形
（3）用摇表和万用表对测量电缆进行了检测，证明测量电缆的绝缘良好，没有出现接触不良和内部短接的情况；
（4）把冲击分压器的低压臂拆卸下来，对每个电容进行检测，用万用表进行测量，没有发现任何异常现象
经过以上分析和检查后，排除了低压臂、测量电缆、示波器和计算机出现故障的可能性。
图2 低阻尼电容的结构
冲击分压器的高压臂是由9节带低阻尼电阻的电容器串联而成的，其中每节电容器由5个电阻和5个电容串联而成，其结构如图2所示。其中电容器为油纸电容器，电阻由电阻丝按照无感绕法绕在环氧树脂筒上。作者最初按照以下步骤对高压臂进行了检测：
（1）只保留冲击电压发生器本体的下面4级工作，把上面的其余级短接掉，这样就能够保证冲击电压发生器在较大的同步范围内输出一个较低的电压值；
（2）将冲击分压器的最上面3节电容器用导线短接，保留下面6节电容器作为高压臂，然后用冲击电压发生器输出一个幅值较低的操作冲击电压，看此时输出波形的好坏；
（3）用导线短接高压臂中间的3节电容器，保留上面3节和下面3节电容器作为高压臂，然后用冲击电压发生器输出一个低幅值的操作冲击电压，看此时输出波形的好坏；
（4）用导线短接最下面三节电容器，保留上面的6节电容器作为高压臂，由冲击电压发生器输出一个低幅值操作冲击电压，看此时波形的好坏。
通过以上步骤的检查，发现在上述各种情况下，产生的操作冲击电压波形都存在严重的振荡。由此可以断定至少存在2节以上的电容器发生了故障，但用以上方法不能有效的确定是哪几节电容发生了故障。为此，改用以下步骤对高压臂重新进行检测。
（1）用导线短掉上面的8节高压臂电容器，只保留最下面一节电容器工作。用冲击电压发生器产生一个低幅值的操作冲击电压，检测所得到波形的好坏。通过检测发现，当高压臂只有最下面一节电容器时，所得到的波形正常，从而确定最下面一节电容器是正常的。
（2）用导线短掉上面的7节高压臂电容器，保留下面两节电容器工作，重复上面的步骤，发现第二节电容器不正常，其中肯定有故障存在。
（3）用导线短掉上面6节电容器和第2节电容器，保留第一节和第3节电容器在高压臂中，通过检测，发现第三节电容器也不正常。
（4）按照上面的方法对其余的6节电容器进行检测，发现只有第1节和第5节电容器是正常的，其余7节均有故障存在。
3 分压器解体和异常原因分析
对冲击分压器进行解体拆卸，并对高压臂电容器进行解剖检查。通过检查发现，在出现故障的7节高压臂电容器中，每一节中的阻尼电阻均发生了电阻丝的绷断和严重的烧伤痕迹，如图3-图5所示。
图3 电容器损坏图片
图3中的情况是由于电阻丝绷断以后，搭接到电容元件，在以后的使用中，产生火花放电，从而把电容元件烧坏。图4中的情况是由于电阻丝绷断以后，产生火花放电，造成环氧树脂筒烧坏。图5为烧伤不太严重的电阻。通过对现象分析，认为发生故障的主要原因有以下几点：
（1）在最初制造的时候，阻尼电阻的容量裕度设计不够。选用的 直径0.4mm的电阻丝线径太细，在进行电压较高陡度较大的雷电冲击电压试验时，电阻丝被烧断。
（2）所制造的电阻如图中所示，电阻丝直接缠绕在环氧树脂筒的卡槽里面，外面没有任何固定措施，致使电阻丝在烧断以后，弹出卡槽，有的搭接到电容元件上，如果继续进行试验，就极容易烧坏电容元件。
图4 电阻严重烧坏图片
图5 电阻轻微损坏图片
4 维修和处理
通过以上分析，首先更换了阻尼电阻，由以前线径为0.4mm的电阻丝更换为线径为0.68mm的电阻丝。
为了防止电阻丝在熔断后弹出卡槽，在电阻绕制好后，用环氧树脂进一部密封和加固，保证了以后如果再发生电阻丝熔断也不会弹出卡槽，从而防止进一步损坏电容元件。
在更换了所有的电阻后，对电容元件和电阻以及装电容元件用的环氧筒用洁净的变压器油进行了清洗，整体组装后又灌装了新的变压器油。保证了不会因为此次故障而为以后的使用留下隐患。
经过以上处理，并把分压器重新组装起来，振荡现象消失，波形回复正常。新的波形如图6所示。
图6 冲击分压器修复后的电压波形
5 总结和建议
冲击分压器作为测量冲击电压的关键部件，一定要保证其完好无损，才能保证测量正确。针对此次故障，提出以下建议：
（1）制造冲击分压器时，应对阻尼电阻的通流能力进行认真的核算，并留有充分的裕度，以保证能够长期连续工作。
（2）在制造阻尼电阻时，要把电阻丝用环氧树脂密封固定在环氧筒的卡槽里，以防止由于电阻丝熔断，引起电容元件烧毁或者故障的进一步恶化。
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