换流变压器现场局放试验用高精度校准脉冲盒 CNR218-002

项目背景

本文针对电力生产中的实际痛点，研发了换流变压器现场局放试验用高精度校准脉冲盒，有效提高了作业效率与安全水平。某供电局每年执行换流变压器现场局放试验约8台次。局放校准是试验前必须完成的步骤：在变压器套管末屏注入标准局放脉冲，脉冲上升时间<60ns、持续时间<300ns，符合IEC 60270标准；测量安装在各检测点的传感器对该脉冲的响应幅值，得到各通道的传递比，单位为pC/mV。传递比是后续局放测量值换算和判断的重要依据，必须与被试变压器及检测通道对应。此前使用的进口脉冲发生器重约15kg，必须外接220V交流供电，只能在实验室使用。现场校准只能借用同型号变压器在实验室形成的历史传递比值，但不同变压器末屏至各传感器之间的杂散电容差异达±20%，借用值误差难以控制。2023年，1台换流变压器大修后局放测量值与出厂值偏差达35%，经核查，偏差由传递比借用偏差与测量偏差叠加造成，浪费了4天反复排查时间。

存在问题

原有进口设备重量达到15kg且依赖220V交流电源，携带、布置和供电均受实验室条件限制，在套管平台上无法便捷使用。设备不能随现场试验移动，制约了局放校准工作的开展。现场只能借用同型号变压器的历史传递比值，但不同设备末屏至各传感器之间的杂散电容差异可达±20%，使现场校准结果存在不可控误差。原装置的脉冲注入量固定，不能根据被试变压器末屏电容调整：注入幅值过大时可能使前置放大器饱和，幅值过小时又会导致信噪比不足，影响响应幅值读取。此外，原装置没有内置电池供电方案，现场使用条件受限，进一步增加了对实验室历史数据的依赖。

创新目标

本项目设置三项目标：一是研发质量不超过2kg、采用电池供电的便携式校准脉冲盒，输出脉冲上升时间<60ns、持续时间<300ns，适应IEC 60270标准要求，重点解决进口设备便携性不足和现场供电受限问题。二是提供50V、100V、200V三档可选择的注入量，使操作人员能够根据不同变压器的末屏电容及检测回路响应选择合适档位，既避免脉冲过大导致前置放大器饱和，也防止脉冲过小造成信噪比不足。三是将校准装置直接用于现场传递比测量，使测量偏差控制在±10%以内，同时保持被试设备、检测通道、脉冲档位与测量结果之间的对应关系，为后续局放试验提供稳定的现场校准基础。

技术方案

脉冲发生核心采用水银湿簧继电器开关与充电电容组合方案。储能电容选用100pF云母电容，温度系数<±30ppm/℃，通过50Ω同轴输出阻抗放电形成陡峭上升沿脉冲。继电器切换速度约2ns，配合50Ω匹配电阻后，实测脉冲上升时间为48ns、脉冲半宽约260ns；峰值由50V、100V、200V三档拨码开关选择，以适应不同末屏电容条件。重复频率固定为50Hz并与电网同步，便于在频谱上区分注入脉冲与随机干扰。充电电路由两串18650锂电池组供电，电池参数为7.4V、5,200mAh，经采用boost拓扑的DC-DC升压模块升至250V，为充电电容供能。电池充满后可持续工作约4h；按50Hz连续运行4h计算，约产生720,000次脉冲。外壳采用铝合金CNC加工并进行表面阳极氧化处理，尺寸为150mm×100mm×60mm，重量1.4kg。面板设置电池电量指示灯、脉冲触发指示灯和三档选择拨码，便于操作人员确认设备状态及当前注入档位。

创新亮点

装置由原进口设备15kg、外接220V交流供电，缩小至1.4kg、锂电池独立供电，可在换流变压器套管平台上直接操作，不再需要借用同型号设备的历史传递比值。50V、100V、200V三档电压可按末屏电容大小选择合适的注入量，减少脉冲过大造成前置放大器饱和或脉冲过小导致信噪比不足的情况。现场传递比测量偏差<±8%，优于借用历史值±20%的误差水平；测量值与出厂校准值偏差<±8%，能够满足现场局放试验的校准需求。轻量化电源、参数可选脉冲、现场直接测量与通道对应校准共同形成完整改进，提升了装置在不同现场的适用性。

落地应用效果

自2024年6月试用至2025年6月，装置共完成6台次换流变压器校准，传递比测量值偏差均<±8%。目前已在两座换流站推广使用，替代了沿用多年的借用历史传递比值方法。2025年，新购的1台进口脉冲发生器因本装置具备现场使用条件而取消采购计划，节省约6.8万元。

产出物包括便携校准脉冲盒2台、出厂校准证书2份，操作说明书和电池充电规程各1份；其中，2份出厂校准证书经省级计量院标定。

本装置适用于换流变压器和电力变压器的现场局放试验校准，也可用于GIS和电缆的PD校准。

⚠️ 安全提示：脉冲注入须在变压器停电、套管末屏已接地后进行；输出端须先连接50Ω同轴电缆和套管末屏适配器再触发脉冲，开路状态禁止触发放电；锂电池运输须符合UN38.3认证要求。

常见问题

Q：该创新成果的适用场景有哪些？

A：本成果适用于电力系统各类相关作业场景，包括但不限于变电站运维、输电线路检修、配电作业等。具体应用时可根据现场实际情况进行调整。

Q：与传统方案相比，主要优势是什么？

A：主要优势体现在作业效率提升、安全风险降低、操作便捷性增强等方面。经过实际应用验证，综合效益显著。

Q：后续是否有升级计划？

A：将根据现场应用反馈持续改进改进，进一步提升性能和适用性，拓展更多应用场景。

数据来源：项目验收报告及现场应用统计，单位信息已脱敏处理。