0.02 級(jí)220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器自校準(zhǔn)方法應(yīng)用研究

劉 罡，姜春陽(yáng)

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.中國(guó)電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430074）

0 引言

220 kV 電力電壓互感器誤差試驗(yàn)為省級(jí)計(jì)量中心現(xiàn)場(chǎng)互感器專(zhuān)業(yè)最為常見(jiàn)試驗(yàn)項(xiàng)目，其主要試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)器0.05 級(jí)現(xiàn)場(chǎng)用電壓互感器，須采用省級(jí)最高標(biāo)準(zhǔn)0.02 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器進(jìn)行校準(zhǔn)。因此，0.02級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器量值準(zhǔn)確與否，對(duì)發(fā)供電企業(yè)、電力用戶(hù)間的貿(mào)易結(jié)算至關(guān)重要。長(zhǎng)期以來(lái)，省級(jí)最高標(biāo)準(zhǔn)須每?jī)赡晁椭廖錆h采用國(guó)家最高標(biāo)準(zhǔn)溯源，存在設(shè)備長(zhǎng)途顛簸損壞的隱患。近年來(lái)，隨著220 kV自校準(zhǔn)技術(shù)應(yīng)用成熟，標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器可在省級(jí)中心內(nèi)部采用低端級(jí)聯(lián)感應(yīng)分壓器誤差測(cè)量，并通過(guò)高端串聯(lián)加法誤差推算完成220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的自校準(zhǔn)。

從測(cè)量重復(fù)性、上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器、互感器校驗(yàn)儀3 方面進(jìn)行不確定度評(píng)定，計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度，并對(duì)0.02 級(jí)省級(jí)最高標(biāo)準(zhǔn)220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器進(jìn)行測(cè)量試驗(yàn)，得到各電壓下誤差，并進(jìn)行不確定度評(píng)定和驗(yàn)證。

1 低端誤差測(cè)量試驗(yàn)

220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器在50%額定電壓以下即低端測(cè)量點(diǎn)采用110 kV 電壓互感器級(jí)聯(lián)多盤(pán)感應(yīng)分壓器進(jìn)行誤差試驗(yàn)，設(shè)備位置規(guī)劃如圖1 所示。設(shè)備主要由試驗(yàn)臺(tái)體、升壓器、110 kV 電壓互感器、多盤(pán)感應(yīng)分壓器以及220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器組成。試驗(yàn)臺(tái)體主要由調(diào)壓器、校驗(yàn)儀和負(fù)荷箱組成，由試驗(yàn)人員手動(dòng)操作調(diào)壓器完成升降壓，臺(tái)體距離其余設(shè)備3 m 以上。220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器電壓等級(jí)實(shí)際為，故升壓器選用200 kV 試驗(yàn)變壓器即可。110 kV 電壓互感器和多盤(pán)感應(yīng)分壓器須級(jí)聯(lián)配套使用，故兩者放置中間。220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器為主標(biāo)準(zhǔn)器，為保證受試驗(yàn)磁場(chǎng)影響較小，放置最外側(cè)。

圖1 低端誤差測(cè)量設(shè)備位置規(guī)劃

校準(zhǔn)線路如圖2 所示。升壓器一次側(cè)與110 kV電壓互感器一次側(cè)、220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器一次側(cè)并聯(lián)。二次側(cè)接線采用高端測(cè)差，低端對(duì)接方式為：多盤(pán)感應(yīng)分壓器副邊高端A0接校驗(yàn)儀的k 端子，220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器二次側(cè)高端a0接校驗(yàn)儀d端子，多盤(pán)感應(yīng)分壓器副邊低端X0、原邊低端X、220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器二次側(cè)低端x0、110 kV 電壓互感器二次側(cè)低端x 分別相連，完成校驗(yàn)儀測(cè)差回路。220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器二次側(cè)a0、x0分別接校驗(yàn)儀a、x，完成校驗(yàn)儀供電回路［1-2］。110 kV 電壓互感器二次側(cè)a、x 與多盤(pán)感應(yīng)分壓器原邊A、X 相連，完成兩者級(jí)聯(lián)。多盤(pán)感應(yīng)分壓器檔位置為0.500 000 0，額定電壓取UN，調(diào)節(jié)調(diào)壓器旋鈕，使試驗(yàn)電壓分別達(dá)到10%UN、20%UN、30%UN、40%UN、50%UN，得到低端誤差試驗(yàn)比值誤差和相位誤差如表1 所示。

圖2 低端誤差測(cè)量校準(zhǔn)線路

表1 低端誤差測(cè)量比值誤差與相位誤差

2 高端誤差推算試驗(yàn)

220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器在50%額定電壓以上即低高端測(cè)量點(diǎn)采用串聯(lián)加法推算，分為全電壓加法和半電壓加法2 種線路。

2.1 全電壓加法

串聯(lián)加法全電壓校準(zhǔn)線路如圖3 所示。220 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器為主標(biāo)準(zhǔn)器，220 kV 串級(jí)式電壓互感器上級(jí)和下級(jí)組成整體作為被檢電壓互感器。220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器一次側(cè)高端與串級(jí)式電壓互感器上級(jí)一次側(cè)高端相連，220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器一次側(cè)低端與串級(jí)式電壓互感器下級(jí)一次側(cè)低端相連，串級(jí)式電壓互感器一次側(cè)上級(jí)低端和下級(jí)高端相連同時(shí)與升壓器一次側(cè)半電位點(diǎn)相連。220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器二次側(cè)a、x 與校驗(yàn)儀a、x 分別相連，作為二次側(cè)供電回路。220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器二次側(cè)x 與串級(jí)式電壓互感器下級(jí)二次側(cè)x 相連，220 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器二次側(cè)a 與校驗(yàn)儀k 相連，串級(jí)式電壓互感器二次側(cè)上級(jí)a 與校驗(yàn)儀d 相連，串級(jí)式電壓互感器二次側(cè)上級(jí)x 與下級(jí)a 相連，完成二次側(cè)測(cè)差回路。

圖3 串聯(lián)加法全電壓校準(zhǔn)線路

2.2 半電壓加法

串聯(lián)加法半電壓校準(zhǔn)線路如圖4 所示，其校準(zhǔn)線路與全電壓線路基本相同，不再贅述。220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器為主標(biāo)準(zhǔn)器，220 kV 串級(jí)式電壓互感器上級(jí)（或下級(jí)）作為被檢電壓互感器。

圖4 串聯(lián)加法半電壓校準(zhǔn)線路

2.3 串聯(lián)加法誤差及電壓系數(shù)計(jì)算

220 kV 電壓互感器全電壓試驗(yàn)須進(jìn)行60%UN、70%UN、80%UN、90%UN、100%UN、110%UN、120%UN電壓下誤差測(cè)量，半電壓試驗(yàn)須對(duì)串級(jí)式電壓互感器上級(jí)和下級(jí)分別進(jìn)行30%UN、35%UN、40%UN、45%UN、50%UN、55%UN、60%UN電壓下誤差測(cè)量。按照?qǐng)D3和圖4 校準(zhǔn)線路，得到全電壓試驗(yàn)誤差值ε全、半電壓試驗(yàn)（上級(jí)）誤差值ε上、半電壓試驗(yàn)（下級(jí)）誤差值ε下，同時(shí)計(jì)算得到對(duì)應(yīng)額定電壓下電壓系數(shù)，如表2 與表3 所示。

表2 全、半電壓試驗(yàn)電壓系數(shù)與比值誤差

表3 全、半電壓試驗(yàn)電壓系數(shù)與相位誤差

2.4 高端測(cè)量點(diǎn)誤差最終值

依據(jù)JJF 1067—2014 《工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)規(guī)范》，額定電壓50%以上即高端測(cè)量點(diǎn)誤差值由半電壓低端誤差實(shí)測(cè)值ε 與對(duì)應(yīng)額定電壓的電壓系數(shù)Δ 按照一定比例相加得到，其中220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器推薦以下算法：

式 中：ε30、ε40、ε50、ε60、ε70、ε80、ε90、ε100、ε110、ε120分別為30%UN、40%UN、50%UN、60%UN、70%UN、80%UN、90%UN、100%UN、110%UN、120%UN電壓下誤差實(shí)測(cè)值；Δ60、Δ70、Δ80、Δ90、Δ100、Δ110、Δ120分別為60%UN、70%UN、80%UN、90%UN、100%UN、110%UN、120%UN下電壓系數(shù)值［3］。由表1 低端誤差實(shí)測(cè)值與表2 和表3 電壓系數(shù)值，得到220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器高端測(cè)量點(diǎn)誤差最終值如表4 所示。

表4 高端測(cè)量點(diǎn)誤差最終值

3 不確定度評(píng)定

依據(jù)JJF 1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》和JJF 1067—2014《工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)規(guī)范》要求，220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器自校準(zhǔn)不確定度評(píng)定可從測(cè)量重復(fù)性、上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器、互感器校驗(yàn)儀3 方面考慮。

3.1 測(cè)量重復(fù)性

測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度為A 類(lèi)不確定度［4］，其主要由環(huán)境電磁場(chǎng)變化、變壓器接觸電阻變化等引起，因此需要進(jìn)行不少于6 次的獨(dú)立測(cè)量。對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器在cosφ=1，100%UN條件下進(jìn)行6 次獨(dú)立測(cè)量，得到比值誤差引入的測(cè)量重復(fù)性u(píng)1比=0.3×10-6，相位誤差引入測(cè)量重復(fù)性u(píng)1相=0.5×10-6rad。

3.2 上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器

上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器主要包括110 kV 電壓互感器和多盤(pán)感應(yīng)分壓器，兩者準(zhǔn)確度等級(jí)分別為0.005 級(jí)和0.000 2 級(jí)，由于110 kV 電壓互感器準(zhǔn)確度等級(jí)遠(yuǎn)低于感應(yīng)分壓器，故上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度分量u2主要考慮110 kV 電壓互感器的不確定度，其推算過(guò)程可參見(jiàn)文獻(xiàn)［5］，本文直接給出比值誤差u2比=2.5×10-6，相位誤差u2相=2.5×10-6rad。

3.3 互感器校驗(yàn)儀

互感器校驗(yàn)儀引入的不確定度u3按照公式u3=計(jì)算，其中εmax為誤差測(cè)量中測(cè)得誤差最大值。同時(shí)考慮比值誤差和相位誤差，經(jīng)計(jì)算比值誤差u3比=0.22×10-6，相位誤差u3相=0.34×10-6rad。

3.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定度

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度由上述3 個(gè)不確定度分量合成得到，由于各不確定度分量互不相關(guān)，故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc按式（2）計(jì)算。

經(jīng)計(jì)算，比值誤差uc比=2.53×10-6，相位誤差uc相=2.57×10-6rad。

擴(kuò)展不確定度U 按照合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘以相應(yīng)倍數(shù)k 計(jì)算。通常情況取k=2，得到擴(kuò)展不確定度比值誤差U比=5.1×10-6，相位誤差U相=5.2×10-6rad。

4 不確定度驗(yàn)證

為驗(yàn)證220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的自校準(zhǔn)不確定度，將其送往最高標(biāo)準(zhǔn)檢定機(jī)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)變比在100%UN條件下進(jìn)行測(cè)量，并與自校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果如表5所示。

表5 自校準(zhǔn)結(jié)果和最高標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)結(jié)果比對(duì)結(jié)果

驗(yàn)證結(jié)果表明，220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的自校準(zhǔn)不確定度結(jié)果符合要求。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器自校準(zhǔn)方法進(jìn)行研究，按照低端測(cè)量點(diǎn)和高端測(cè)量點(diǎn)2 部分進(jìn)行分析。其中，低端測(cè)量點(diǎn)采用110 kV 電壓互感器和多盤(pán)感應(yīng)分壓器級(jí)聯(lián)方式進(jìn)行，高端測(cè)量點(diǎn)采用串聯(lián)加法線路進(jìn)行推算。同時(shí)，從測(cè)量重復(fù)性、上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器與互感器校驗(yàn)儀3 個(gè)方面對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定，計(jì)算出合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度，最后對(duì)不確定度進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果符合要求。另外，本標(biāo)準(zhǔn)器自校準(zhǔn)數(shù)值可作為工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)下一級(jí)500 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器自校準(zhǔn)不確定度評(píng)定的一個(gè)分量，相關(guān)研究成果將在下一步開(kāi)展。