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

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（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）。此前使用的进口脉冲发生器重约15kg，须外接220V交流供电，只能在实验室使用。现场校准时只能借用同一型号变压器在实验室校准的历史传递比值，但不同变压器的末屏到各传感器之间的杂散电容差异达±20%，借用值误差不可控。2023年1台换流变大修后局放测量值与出厂值偏差达35%，经查确认是传递比借用偏差叠加测量偏差导致，浪费了4天反复排查时间。

存在问题

进口设备现场不便携——15kg、需220V交流供电，套管平台无法使用。借用历史传递比值误差大（±20%）。脉冲参数固定不可调——不同变压器末屏电容不同，单一电压等级的脉冲注入在有些变压器上幅值过大（可能饱和前置放大器）、有些过小（信噪比不足）。无内置电池供电方案。

创新目标

三项目标：一、研发便携（≤2kg）电池供电的校准脉冲盒，脉冲上升<60ns、持续<300ns满足IEC标准；二、提供50/100/200V三档可选注入量，适应不同变压器的末屏电容差异；三、现场可完成传递比测量，偏差<±10%。

技术方案

脉冲发生核心采用水银湿簧继电器开关+充电电容方案。储能电容100pF（云母电容，温度系数<±30ppm/℃），通过50Ω同轴输出阻抗放电产生陡上升沿脉冲。继电器切换速度约2ns，配合50Ω匹配电阻后实测上升时间48ns，脉冲半宽约260ns，峰值50/100/200V三档拨码开关选择。重复频率固定为50Hz（与电网同步，便于在频谱上区分注入脉冲和随机干扰）。充电电路由18650锂电池组（两串7.4V/5,200mAh）经DC-DC升压模块（boost拓扑）升至250V，供给充电电容。电池充满后可持续工作约4h（50Hz×4h=约720,000次脉冲）。外壳为铝合金CNC加工，表面阳极氧化处理，尺寸150mm×100mm×60mm，重量1.4kg。面板设电池电量指示灯、脉冲触发指示灯和三档选择拨码。

创新亮点

从15kg/220V缩至1.4kg/电池——可在套管平台直接操作，不再借历史值。三档电压可选——根据变压器末屏电容大小选择合适的注入量，避免饱和或信噪比不足。传递比测量偏差<±8%——远优于借用的±20%偏差，与出厂校准值偏差<±8%，完全满足现场局放试验的校准需求。

落地应用效果

2024年6月试用至2025年6月完成6台次换流变校准，传递比测量值偏差均<±8%。已在两座换流站推广使用，替代了沿用多年的借用历史值方法。2025年新购的1台进口脉冲发生器因本装置的可用性而被取消采购计划，节省约6.8万元。

产出物：便携校准脉冲盒2台、出厂校准证书2份（经省级计量院标定）、操作说明书和电池充电规程各1份。

适用场景：换流变压器和电力变压器的现场局放试验校准，以及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。