TR-II型三相組合電壓互感器溯源方式分析及

劉 罡1，李詩宇2，周 浩1，劉志同3，房 琛4

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽 110006；3.國網(wǎng)沈陽供電公司，遼寧 沈陽 110003；4.大連電力建筑工程公司，遼寧 大連 116021)

TR-II型三相組合電壓互感器為變壓比電橋檢定裝置的重要組成部分，可進(jìn)行變壓比電橋的三相檢定，長期以來其溯源方式為每年送檢至中國計(jì)量科學(xué)研究院。該方式不僅需要花費(fèi)大量的校準(zhǔn)費(fèi)用，更有長途運(yùn)輸可能帶來的設(shè)備失準(zhǔn)、損壞等隱患。近年來，隨著國網(wǎng)遼寧省電力有限公司計(jì)量中心工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)裝置尤其是多盤感應(yīng)分壓器應(yīng)用技術(shù)的成熟，中心已具備在本地以多盤感應(yīng)分壓器為標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)TR-II型三相組合電壓互感器的能力。本文以現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)，對(duì)其溯源方式進(jìn)行分析并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行評(píng)定。

1 儀器概況

TR-II型三相組合電壓互感器外觀如圖1所示。變比共有10、20、50、100共4個(gè)檔位。A、B、C、N和a、b、c、n分別為高壓側(cè)和低壓側(cè)的三相線和中性點(diǎn)。接線方式1和接線方式2組合產(chǎn)生Y/y0、Y/y6、D/d0、D/d6、Y/d11、Y/d5、D/y11、D/y58種接線方式。檢定變壓比電橋時(shí)，將本儀器A、B、C、N和a、b、c、n端子與被試電橋高壓側(cè)和低壓側(cè)三相對(duì)應(yīng)連接。啟動(dòng)被試電橋進(jìn)行測(cè)量，即可讀出電橋的誤差[1]。該儀器準(zhǔn)備度等級(jí)為0.01級(jí)，可檢定0.05級(jí)及以下變壓比電橋。

圖1 TR-II型三相組合電壓互感器外觀圖

2 原理分析

由于三相組合電壓互感器接線端子存在Y/d或D/y等接線方式，高壓側(cè)和低壓側(cè)的變比不為整數(shù)，故普通標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器無法完成對(duì)其校準(zhǔn)。而標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)分壓器由于一次側(cè)和二次側(cè)變比可調(diào)節(jié)，故可采用以標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)分壓器為標(biāo)準(zhǔn)器通過單相逐相校準(zhǔn)的方法完成三相組合互感器溯源。以A相為例，溯源原理圖如圖2所示。升壓器輸出端、標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)分壓器一次側(cè)、三相組合電壓互感器一次側(cè)并聯(lián)，升壓器A端子與標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)分壓器一次高端、三相組合互感器A相相連，升壓器X端子與標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)分壓器一次低端、三相組合互感器高壓中性點(diǎn)N相連，同時(shí)與地相連；誤差測(cè)量裝置的供電回路a、x由升壓器測(cè)量繞組a、x端子完成；誤差測(cè)量裝置的測(cè)差回路D、K通過標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)分壓器、三相組合互感器二次側(cè)構(gòu)成高端測(cè)差回路完成，標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)分壓器二次高端與D相連，三相組合互感器二次側(cè)高端a相與K相連，標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)分壓器二次側(cè)低端和三相組合互感器二次側(cè)低端相連，同時(shí)與地相連。根據(jù)三相組合互感器不同的接線方式調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)分壓器7個(gè)盤的置數(shù)，即可完成不同變比和接線方式的校準(zhǔn)[2]。

圖2 溯源原理圖

3 校準(zhǔn)試驗(yàn)

3.1 Y/y接線或D/d接線

高壓側(cè)和低壓側(cè)同為Y或D接線共有4種方式，即Y/y0、Y/y6、D/d0、D/d6。三相組合互感器變比的倒數(shù)等于標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)分壓器的置數(shù)。其中Y/y6和D/d6接線時(shí)，由于向量圖中高壓側(cè)和低壓側(cè)反向，故實(shí)際試驗(yàn)時(shí)需將三相組合互感器一次側(cè)(或二次側(cè))反向接線，綜上分析，對(duì)變比為10、20、50、100時(shí)，調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)分壓器不同置數(shù)，得到校準(zhǔn)誤差如表1所示[3]。

表1 Y/y、D/d接線校準(zhǔn)誤差值

3.2 D/y接線

表2 D/y接線校準(zhǔn)誤差值

3.3 Y/d接線

表3 Y/d接線校準(zhǔn)誤差值

4 不確定度評(píng)定

TR-II型三相組合電壓互感器溯源方法的本質(zhì)是采用標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)分壓器校準(zhǔn)特殊變比的電壓互感器，其中A、B、C三相需分別采用單相校準(zhǔn)方式校準(zhǔn)。依據(jù)JJG 244—2003《感應(yīng)分壓器檢定規(guī)程》和JJG 314—2010 《測(cè)量用電壓互感器檢定規(guī)程》[5-6]，從3方面對(duì)其進(jìn)行不確定度評(píng)定：①主標(biāo)準(zhǔn)器引入；②測(cè)量誤差修約；③測(cè)量重復(fù)性引入。

4.1 主標(biāo)準(zhǔn)器引入

溯源采用的主標(biāo)準(zhǔn)器為工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)裝置中的七盤標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)分壓器，其不確定度評(píng)定由單盤感應(yīng)分壓器得到，本文直接給出u1=0.27×10-6。

4.2 測(cè)量誤差修約

4.3 測(cè)量重復(fù)性

對(duì)表1、表2、表3中所有組別和變比分別按照單相進(jìn)行10次獨(dú)立重復(fù)性測(cè)量，同時(shí)考慮比值誤差和相位誤差，共得到4×2×3×3×2=144組試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差值s1—s144，取最大試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差值smax為測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量u3，則u3=smax=0.63×10-6。

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度

擴(kuò)展不確定度由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘以包含因子k得到，本文取k=2，經(jīng)計(jì)算，擴(kuò)展不確定度U=k×uc=6.0×10-6，對(duì)應(yīng)包含概率約為95%，表示測(cè)量結(jié)果有95%概率在擴(kuò)展不確定度范圍內(nèi)。

6 示值誤差的符合性評(píng)定

依據(jù)JJF1094—2002《測(cè)量儀器特性評(píng)定校準(zhǔn)規(guī)范》中符合性評(píng)定的要求[8]，當(dāng)最大允許誤差MPEV與擴(kuò)展不確定度U95之比小于或等于1/3時(shí)，僅需考慮測(cè)量點(diǎn)的示值誤差不超過最大允許誤差，就可判為該計(jì)量器具符合該準(zhǔn)確度等級(jí)的要求，不需要考慮示值誤差評(píng)定的測(cè)量不確定度對(duì)符合性評(píng)定的影響。本文中0.01級(jí)三相組合互感器MPEV=0.01%=1×10-4，U≈U95=6.0×10-6，故U95/MPEV=0.06<1/3，故判斷該三相組合互感器是否合格無需考慮校準(zhǔn)結(jié)果不確定度影響，僅需判斷表1、表2、表3中各測(cè)點(diǎn)小于MPEV即可。上述3個(gè)表數(shù)據(jù)經(jīng)逐一比較，測(cè)量結(jié)果均在MPEV范圍內(nèi)，證明該三相組合互感器滿足準(zhǔn)確度0.01級(jí)要求，可以開展0.05級(jí)及以下變壓比電橋的三相檢定工作。

7 結(jié)束語

本文對(duì)TR-II型三相組合互感器的溯源方式進(jìn)行分析，對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果不確定度進(jìn)行了評(píng)定，依據(jù)測(cè)量儀器特性評(píng)定要求對(duì)其符合性評(píng)定進(jìn)行分析，評(píng)定結(jié)果之比小于1/3，僅需考慮最大允許誤差即可作為儀器合格與否的依據(jù)，簡(jiǎn)化了評(píng)定流程。本文的溯源方法為變壓比電橋的其他主標(biāo)準(zhǔn)器的校準(zhǔn)打下良好基礎(chǔ)。