工頻電流比例標準互校線路分析及5 A/5 A檔位不確定度評定

劉 罡，劉 晨，尚 瑩，劉 璐，王江波

(1. 國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2. 中廣核研究院有限公司北京分公司，北京 100086)

工頻電流比例標準互校線路分析及5A/5A檔位不確定度評定

劉 罡1，劉 晨1，尚 瑩1，劉 璐1，王江波2

(1. 國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2. 中廣核研究院有限公司北京分公司，北京 100086)

互校線路是工頻電流比例標準裝置的基礎，文中對工頻電流比例標準互校線路進行了分析和試驗，對5 A/5 A檔位的不確定度進行了評定，并對5 A/5 A檔位的最佳估計值以及置信區間進行了判斷，最佳估計值和置信區間對加法線路、β線路、乘法線路和除法線路提供了判斷依據。

互校線路；工頻電流比例標準；不確定度；最佳估計值

工頻電流比例標準裝置主要由自校線路、互校線路、加法線路、β線路、乘法線路和除法線路組成。其中，自校線路和互校線路作為整個系統的基礎，對后續線路的誤差積累起著至關重要的作用，其校準不確定度的評定亦應嚴謹考慮[1]。同時，工頻電流比例標準初始電流比5 A/5 A的誤差亦由自校線路誤差和互校線路誤差合成。本文重點對2臺最高標準電流比較儀互校線路進行了分析，并對5 A/5 A綜合不確定度進行評定。

1 互校線路

2臺最高標準空載電流比較儀互校線路如圖1所示，HEG1為互感器校驗儀，To為標準電流比較儀，Tx為被檢電流比較儀，Toa為To的外附輔助電流互感器，Txa為Tx的外附輔助電流互感器，ZF為調零箱。采用比較儀雙調零線路，首先分別用電流源仿真負荷調零箱進行調零,將互感器校驗儀置于“調零”檔位，調零比較儀達到零磁通。然后將互感器校驗儀調為“比較儀”檔位，進行電流比較儀互校線路的誤差測量，此時測得被檢Tx相對于標準To的互校誤差εh,標準電流比較儀自校線路的誤差為ε0。被檢Tx的合成誤差為

εx=εh+ε0

(1)

圖1 電流比較儀互校線路

2 測量條件和測量數據

測量依據JJF1068—2000《工頻電流比例標準裝置》，采用型號為BLT2751、準確度等級為0.000 02級的電流比較儀作為標準電流比較儀，采用型號為BLT1643、準確度等級為0.000 1級(50 A以下檔位為0.000 02級)的電流比較儀作為被檢電流比較儀，使用型號為HGE1的電工式互感器校驗儀測量誤差數據。在環境溫度為23 ℃，相對濕度小于80%的測量條件下，對功率因數為1.0、二次負荷為0 VA的5 A/5 A(100%In)檔位進行10次重復性測量(每次測量均重復接線)，得到比值誤差、相位誤差的10次測量結果如表1所示[2-3]。

表1 5 A/5 A(100%In)檔位的10次測量結果

3 標準不確定度來源與評定

依據JJF1068—2000《工頻電流比例標準裝置》以及測量實際情況，5 A/5 A檔位的合成不確定度來源主要有5 A/5 A自校線路測量重復性(A類)、5 A/5 A互校線路測量重復性(A類)、比較儀調零裝置引入(B類)、誤差測量裝置引入(B類)及環境電測干擾引入(B類)。由于比較儀調零裝置引入和誤差測量引入的誤差應不大于標準器允許誤差的1/10，環境電測干擾引入的誤差應不大于標準器允許誤差的1/6。對于工頻電流比例標準裝置而言，A類不確定度分量應占主導地位，故將B類不確定度分量忽略，只考慮環境電磁干擾引入的不確定度分量。綜上，5 A/5 A檔位的合成不確定度主要由以下3部分組成：5 A/5 A自校線路測量重復性引入的A類不確定度分量u(x1);5 A/5 A互校線路測量重復性引入的A類不確定度分量u(x2);環境電磁干擾引入的B類不確定度分量u(x3)。

3.1 自校線路測量重復性

本文直接給出：比值誤差u(x1)=0.03×10-7；相位誤差u(x1)=0.06×10-7rad。

3.2 互校線路測量重復性

由貝塞爾公式計算10次測量數據標準偏差(n=10)：

(2)

由式(2)算得比值誤差標準偏差s=0.103×10-7，相位誤差標準偏差s=0.134×10-7rad。

由于每次獨立測量測得上升值、下降值2次數據，故A類不確定度的計算公式為

(3)

由式(3)可算得A類不確定度的比值誤差u(x2)為0.073×10-7，相位誤差u(x2)為0.095×10-7rad。

3.3 環境電磁干擾

4 合成標準不確定度計算

合成標準不確定度即測量結果的標準不確定度，由各不確定度分量合成得到。認為各不確定度分量互不相關，故合成標準不確定度uc按式(4)計算：

(4)

由式(4)得到100%In條件下合成標準不確定度如表2所示。

表2 合成標準不確定度

5 擴展不確定度計算

擴展不確定度是由合成標準不確定度倍數表示的測量不確定度，通常按公式U=kuc計算。取k=1.96時，計算得到5 A/5 A檔位在100%In條件下的擴展不確定度如表3所示。

表3 5 A/5 A檔位在100%In條件下的擴展不確定度

6不確定度的驗證

為驗證該電流比較儀的互校標準不確定度，采用傳遞比較法將本單位互校數據和上級單位互校數據進行對比[5]，其中5 A/5 A檔位在100%In條件下對比結果如表4所示。

表4 本單位互校數據和上級單位互校數據對比結果

通過傳遞比較法驗證，表明互校標準不確定度評定符合要求。

7 最佳估計值的判斷

由于5 A/5 A檔位的最佳估計值由自校線路最佳估計值和互校線路最佳估計值合成得到，最佳估計值由各自線路的算術平均值計算得到。故得到5 A/5 A檔位在100%In條件下的最佳估計值如表5所示。

表5 5 A/5 A檔位在100%In條件下的最佳估計值

通過最佳估計值的判斷以及擴展不確定度的計算認為：最高標準電流比較儀5 A/5 A檔位在100%In條件下比值誤差有95%的概率在(0.01±0.41)×10-7區間，相位誤差有95%的概率在(0.72±0.43)×10-7rad區間。

8 結束語

本文對標準電流比較儀的互校線路進行了分析和試驗，并對工頻電流比例標準5 A/5 A檔位的的不確定度進行評定和驗證，最終給出最佳估計值的合理區間。由于后續的工頻電流比例標準加法電流比率擴展線路和乘法比率擴展線路均以5 A/5 A檔位為基礎，誤差亦由5 A/5 A檔位加以積累，故本文最佳估計值和置信區間對加法線路、β線路、乘法線路和除法線路提供了判斷依據。

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Analysis of Cross Calibration Circuit and Uncertainty Evaluation of 5 A/5 A for Current Ratio Standards at Power Frequency

LIU Gang1, LIU Chen1, SHANG Ying1, LIU Lu1, WANG Jiangbo2

(1. Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.,Ltd.,Shenyang, Liaoning 110006, China； 2. China Nuclear Power Technology Research Institute Beijing Division Co.,Ltd.,Beijing 100086, China)

Cross calibration circuit is the basis of the sets of current ratio standards at power frequency. In this paper, the cross calibration circuit of current ratio standards at power frequency is analyzed and tested. The uncertainty of 5 A/5 A is evaluated, and it is verified by Transfer Comparison Method.The best estimate value and confidence interval of 5 A/5 A are judged.

cross calibration circuit; current ratio standards at power frequency; uncertainty; best estimate

TM93

A

1004-7913(2017)10-0047-03

劉 罡(1985)，男，碩士，高級工程師，主要從事電能計量試驗與研究工作。

2017-05-25)