電子式互感器校驗儀測量結果不確定度評定

劉　罡，姜春陽，曾　輝

(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. 中國電力科學研究院，湖北　武漢　430074)

互感器校驗儀是測量電流互感器或電壓互感器誤差的儀器。當校驗儀的供電回路施加試驗電流(或電壓)，測差回路施加誤差電流(或電壓)時，互感器校驗儀可以通過電橋線路、電子線路或數字電路測量得到差流(或差壓)向量相對于工作電流(或電壓)向量的同向分量或正交分量，通過計算即可得到被比較的電流(或電壓)向量與工作電流(或電壓)的同向分量和正交分量。根據測量原理，互感器校驗儀可以分為電工式互感器校驗儀與電子式互感器校驗儀[1]。電工式互感器校驗儀穩定性好但效率低，隨著電子技術的發展，電子式互感器校驗儀越來越被廣泛采用。本文對目前常用的HEF-H型電子式互感器校驗儀進行測量，并對其測量結果不確定度進行評定。

1　測量條件及測量模型

1.1　測量條件

依據JJG 169—2010 《互感器校驗儀》檢定規程和JJG 441—2008《交流電橋》檢定規程[2-3]，采用校驗儀整體檢定裝置作為標準設備，對被檢設備互感器校驗儀進行測量，技術參數如表1所示。

表1　標準設備及被檢設備的技術參數

1.2　測量模型

ΔfX=fX-fN

ΔδX=δX-δN

式中：fX為被檢校驗儀的同相分量值；fN為標準裝置的正交分量值；δX為被檢校驗儀的同相分量值；δN為標準裝置的正交分量值。

2　標準不確定度的評定

對示值誤差的不確定度進行評定，輸入量的標準不確定度u(xi)的主要來源有以下幾個方面[4]：測量重復性引入的不確定度分量u(x1)(A類)、互感器校驗儀整體檢定裝置的誤差引入的不確定度分量u(x2)(B類)、互感器校驗儀負荷引入的不確定度分量u(x3)(B類)。

2.1　測量重復性引入的不確定度分量

在環境溫度為22 ℃，相對濕度小于80%的測量條件下，對二次電流為5 A、100%額定電流，參考同向分量為0.01%、參考正交分量為1′時進行10次重復性測量，得到同相分量、正交分量的測量結果如表2所示。

表2　重復性測量數據

互感器校驗儀進行10次測量，得到試驗標準差為

同相分量：

正交分量：

A類標準不確定度為

同相分量：

正交分量：

2.2　互感器校驗儀整體檢定裝置引入的不確定度分量

依據JJG 169—2010 《互感器校驗儀》檢定規程，手動變換量程的校驗儀各量程的同相分量不得超出式(1)給出的限值范圍，正交分量不得超出式(2)給出的限值范圍。

ΔX=+K(X·a%+Y·a%+Dx)

(1)

ΔY=+K(X·a%+Y·a%+Dy)

(2)

式中：ΔX為同相分量基本誤差允許值；ΔY為正交分量基本誤差允許值；K為儀器常數，取值為量程的倍數，本次測量取K=1；X為同相測量盤示值的絕對值；Y為正交測量盤示值的絕對值；Dx、Dy為測量盤最小分度值或量化值;a為校驗儀準確度等級。

經計算ΔX=0.021%，ΔY=0.22′。

(3)

估計標準差值為

2.3　互感器校驗儀負荷引入的不確定度分量

(4)

由式(1)、(2)求得基本誤差限ΔX=0.021%，ΔY=0.22′。

則估計標準差值為

2.4　靈敏系數

靈敏系數按照式(5)計算：

(5)

式中：cif、ciδ分別為同向分量和正交分量的靈敏系數。

由測量模型ΔfX=fX-fN，ΔδX=δX-δN可得cif=ciδ=1。

2.5　測量不確定度分量匯總表

互感器校驗儀在二次電流為5 A、參考同向分量為0.01%、參考正交分量為1′時測量不確定度分量匯總表[5]如表3所示。

表3　測量不確定度匯總表

2.6　合成標準不確定度

由于靈敏系數均為1，且全部輸入量是彼此獨立或不相關的，故合成標準不確定度uc按式(6)計算：

(6)

由式(6)算得同向分量uc為3.85×10-5，正交分量uc為0.041′。

3　擴展不確定度的評定

擴展不確定度由合成標準不確定度乘以包含因子計算得到，即U=kuc,其中取包含因子k=2,包含概率p=95.45%，uc為合成標準不確定度。經計算得到互感器校驗儀同向分量和正交分量擴展不確定度如表4所示(保留兩位有效數字，最后一位進位)。

表4　互感器校驗儀的擴展不確定度

4　測量結果的驗證

為驗證互感器校驗儀的測量結果不確定度，采用傳遞比較法將本單位計量標準和上級單位計量標準的測試數據進行對比[6-7]，對比結果見表5所示。

表5　本單位計量標準和上級單位計量標準對比結果

通過傳遞比較法的驗證表明：電子式互感器校驗儀的測量不確定度評定符合要求[8]。

5　結束語

本文對電子式互感器校驗儀的測量結果不確定度進行了評定，對標準不確定度和擴展不確定度分別進行了計算。其中，標準不確定度可用于其校準的電流互感器或者電壓互感器不確定度評定的一個分量，即后續進行互感器的不確定度評定時，可以將該校驗儀引入的不確定度考慮在內；擴展不確定度可用于出具的校準證書或不確定度報告時確定合理包含區間。

本次互感器校驗儀的準確度等級為2級，故最大允許誤差為2%。由于本次評定的擴展不確定度數值與該互感器校驗儀的最大允許誤差之比小于1/3，按照測量結果的符合性評定要求，對該校驗儀進行合格與否的判別時無需再考慮不確定度的影響因素，簡化了工作流程，提高了工作效率。

參考文獻：

[1]嚴潔. 互感器校驗儀不確定度的評定[J]. 青海電力.2013,32(2):25-28.

[2]互感器校驗儀：JJG 169—2010 [S].

[3]交流電橋：JJG 441—2008 [S].

[4]劉罡，王江波，房琛，等. 換流站用OCT基本原理分析和現場校驗方法的研究[J]. 東北電力技術，2015,36(3):19-21.

[5]測量不確定度評定與表示：JJF 1059.1—2012 [S].

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