1 引言

沖擊電壓分壓器作為測量沖擊電壓的重要設備，它的功能正常與否直接關系到所測量沖擊電壓的準確度和波形的質量，目前用得最多的是低阻尼電容分壓器。在現場測量過程中，發現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，確認是由于分壓器中阻尼電阻設計缺陷所引起，并對設計缺陷進行了處理，總結了改進措施。

2 異常經過以及設備損壞情況

在使用沖擊電壓發生器進行空氣間隙雷電波放電特性的試驗過程中，發現測量的電壓波形出現了明顯的振蕩。把波形改為操作波后，波形振蕩更加嚴重，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字示波器和計算機部分進行了檢測，沒有發現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，沒有出現接觸不良和內部短接的情況；

（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，沒有發現任何異常現象

經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故障的可能性。

圖2 低阻尼電容的結構

沖擊分壓器的高壓臂是由9節帶低阻尼電阻的電容器串聯而成的，其中每節電容器由5個電阻和5個電容串聯而成，其結構如圖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生器在較大的同步范圍內輸出一個較低的電壓值；

（2）將沖擊分壓器的最上面3節電容器用導線短接，保留下面6節電容器作為高壓臂，然后用沖擊電壓發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）用導線短接高壓臂中間的3節電容器，保留上面3節和下面3節電容器作為高壓臂，然后用沖擊電壓發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）用導線短接最下面三節電容器，保留上面的6節電容器作為高壓臂，由沖擊電壓發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，發現在上述各種情況下，產生的操作沖擊電壓波形都存在嚴重的振蕩。由此可以斷定至少存在2節以上的電容器發生了故障，但用以上方法不能有效的確定是哪幾節電容發生了故障。為此，改用以下步驟對高壓臂重新進行檢測。

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

（2）用導線短掉上面的7節高壓臂電容器，保留下面兩節電容器工作，重復上面的步驟，發現第二節電容器不正常，其中肯定有故障存在。

（3）用導線短掉上面6節電容器和第2節電容器，保留第一節和第3節電容器在高壓臂中，通過檢測，發現第三節電容器也不正常。

（4）按照上面的方法對其余的6節電容器進行檢測，發現只有第1節和第5節電容器是正常的，其余7節均有故障存在。

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。通過檢查發現，在出現故障的7節高壓臂電容器中，每一節中的阻尼電阻均發生了電阻絲的繃斷和嚴重的燒傷痕跡，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，產生火花放電，造成環氧樹脂筒燒壞。圖5為燒傷不太嚴重的電阻。通過對現象分析，認為發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計不夠。選用的 直徑0.4mm的電阻絲線徑太細，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，如果繼續進行試驗，就極容易燒壞電容元件。

圖4 電阻嚴重燒壞圖片

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，用環氧樹脂進一部密封和加固，保證了以后如果再發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。

經過以上處理，并把分壓器重新組裝起來，振蕩現象消失，波形回復正常。新的波形如圖6所示。

圖6 沖擊分壓器修復后的電壓波形

5 總結和建議

沖擊分壓器作為測量沖擊電壓的關鍵部件，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，應對阻尼電阻的通流能力進行認真的核算，并留有充分的裕度，以保證能夠長期連續工作。

（2）在制造阻尼電阻時，要把電阻絲用環氧樹脂密封固定在環氧筒的卡槽里，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》，原文標題為“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。）