基于電流比較儀最高標準自校準方法及評定研究

劉 罡，田 奎，張 娜，孫宏偉,修 瓊

(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經(jīng)濟技術(shù)研究院，遼寧 沈陽 110015；3.遼寧電能發(fā)展股份有限公司，遼寧 沈陽 110179;4.國網(wǎng)遼寧電科院計量中心，遼寧 沈陽 110168)

基于電流比較儀最高標準自校準方法及評定研究

劉 罡1，田 奎1，張 娜2，孫宏偉3,修 瓊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經(jīng)濟技術(shù)研究院，遼寧 沈陽 110015；3.遼寧電能發(fā)展股份有限公司，遼寧 沈陽 110179;4.國網(wǎng)遼寧電科院計量中心，遼寧 沈陽 110168)

工頻電流比例標準的主標準至少由最高標準電流比較儀、傳遞標準電流比較儀和工作標準電流比較儀組成。文中對最高標準電流比較儀的自校準方法進行分析，并對校準結(jié)果不確定度進行評定，通過傳遞比較法進行驗證，證明數(shù)據(jù)的合理性。

工頻電流比例標準；電流比較儀；最高標準；自校準；不確定度評定

工頻電流比例標準作為標準電流互感器量值傳遞的源頭，其校準技術(shù)水平對區(qū)域內(nèi)電力生產(chǎn)、電能計量、貿(mào)易結(jié)算及科學(xué)研究均有著重要影響。工頻電流比例標準的主標準至少由三部分組成：最高標準電流比較儀、傳遞標準電流比較儀和工作標準電流比較儀[1]。目前，國網(wǎng)遼寧省電力有限公司計量中心最高標準電流比較儀準確度等級已達到0.000 02級。本文針對該最高標準從計量學(xué)角度對其自校準方法進行分析并進行不確定度評定。

1 自校準方法

1.1校準原理

電流比較儀自校線路(空載)如圖1所示。圖中Tx為補償式電流比較儀，Txa為Tx的外附輔助電流互感器，二者串聯(lián)連接。電流比較儀的二次繞組和補償繞組直接并聯(lián)連接并通過調(diào)零箱接D即接地，調(diào)零箱調(diào)節(jié)等值阻抗Zj平衡，使Zj由內(nèi)附輔助互感器承擔改為由外附輔助互感器承擔，比較儀的誤差相應(yīng)略有變化。同時調(diào)零箱及其連接導(dǎo)線將電流比較儀和外附輔助電流互感器分開，各自形成二次閉合回路，導(dǎo)線和調(diào)零箱通過的是二者的誤差電流，其壓降微小，可以認為電流比較儀為空載[2]。而所有二次負荷(包括連接導(dǎo)線)均由外附輔助電流互感器承擔，與電流比較儀無關(guān)。

1.2校準條件

電流比較儀自校準設(shè)備如表1所示。依據(jù)JJF1068—2000《工頻電流比例標準裝置》校準規(guī)范[3]，評定在溫度10～30 ℃、相對濕度30%～75%、接地電阻小于5 Ω的條件下,該電流比較儀5 A/5 A(100%In)檔位校準結(jié)果的不確定度。

圖1 空載電流比較儀自校線路

表1 自校準設(shè)備技術(shù)參數(shù)

2 標準不確定度的分析與評定

由于最高標準電流比較儀的自校準線路中標準設(shè)備和被檢設(shè)備為同一設(shè)備，由標準引入的不確定度分量可以忽略不計，故標準不確定度的來源主要有兩個方面：電流比較儀測量重復(fù)性引入的A類不確定度分量u(x1)和誤差化整引入的B類不確定度分量u(x2)。

2.1A類不確定度分量

在工頻電流比例標準校準過程中，最高標準電流比較儀的校準是基礎(chǔ)，而最高標準的5 A/5 A自校最為關(guān)鍵。故相比于標準電流互感器的校準，電流比較儀的A類不確定度分量顯得更加重要。為了確保A類不確定度分量準確可靠，要求周圍環(huán)境的電磁場盡可能小。同時要求一次極性端、二次極性端的連接導(dǎo)線粗短且外皮包有錫箔屏蔽接地，同時選用小容量調(diào)壓器并遠離最高標準以減小外電磁場的影響。所有應(yīng)該接地的端鈕都應(yīng)可靠接地，且不能重復(fù)接地，每次校準均要重新接線[4]。

在滿足上述條件下對最高標準電流比較儀在5 A/5 A檔進行n次獨立測量(n=10)，取100%In的電流上升值和下降值的平均值作為誤差數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)如表2所示[5]。

表2 100%額定電流下比值誤差和相位誤差的測量數(shù)據(jù)

采用貝塞爾公式計算測量數(shù)據(jù)標準偏差：

(1)

由于每次獨立測量測得上升值、下降值2次數(shù)據(jù)，故A類不確定度的計算公式為[6]

(2)

由式(1)、(2)算得比值誤差的A類不確定度u(x1)為0.34×10-8，相位誤差u(x1)為0.60×10-8rad。

2.2B類不確定度分量

3 合成標準不確定度的評定

合成標準不確定度由A類不確定度分量和B類不確定度分量合成得到，由于兩分量相關(guān)系數(shù)為0，故合成標準不確定度uc按公式3計算。

(3)

由公式(3)得到校準結(jié)果合成標準不確定度如表3所示。

表3 校準結(jié)果合成標準不確定度

4 擴展不確定度(相對擴展不確定度)的評定

擴展不確定度U是確定校準結(jié)果區(qū)間的量，合理賦予被測量值分布的大部分含于此區(qū)間。擴展不確定度由相應(yīng)的合成標準不確定度乘以包含因子計算得到即U=kuc,其中包含因子k=2,置信概率p=95.45%，uc為合成標準不確定度。經(jīng)計算得到自校線路的校準結(jié)果擴展不確定度(相對擴展不確定度)如表4所示。

表4 校準結(jié)果的擴展不確定度

5 校準結(jié)果不確定度的驗證

為驗證該電流比較儀的校準不確定度，采用傳遞比較法將自校準數(shù)據(jù)和上級標準對其進行校準的數(shù)據(jù)進行比對[8]，其中5 A/5 A檔位100%額定電流下的比對結(jié)果如表5所示。

表5 自校準數(shù)據(jù)和上級標準校準數(shù)據(jù)比對結(jié)果

通過傳遞比較法驗證表明電流比較儀最高標準的自校準不確定度數(shù)據(jù)符合要求。

6 結(jié)束語

本文介紹了電流比較儀最高標準的自校準方法和校準結(jié)果不確定度分析，并依據(jù)傳遞比較法驗證了校準數(shù)據(jù)的正確性。電流比較儀最高標準的自校準僅為全套工頻電流比例標準裝置校準體系的基礎(chǔ)步驟，欲得到全套裝置的不確定度評定還需電流比較儀最高標準的互校準線路、電流比較儀傳遞標準的加法和β線路、電流比較儀工作標準的乘法和除法線路等步驟，相關(guān)線路的分析及其校準不確定度的評定還需進一步研究。

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Self Calibration Method and Uncertainty Evaluation of Highest Standard Current Comparator

LIU Gang1, TIAN Kui1, ZHANG Na2,SUN Hongwei3,XIU Qiong4

(1. Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China； 2.State Grid Liaoning Electric Power Company Limited Economic Research Institute, Shenyang，Liaoning 110015, China; 3.Liaoning Electric Power Development Stock Co.,Ltd,Shenyang Liaoning 110179,China； 4.State Grid Liaoning Electric Power Co.,Ltd,Metrological Center,Shenyang,Liaoning 110168,China)

The main standard sets for current ratio standard at power frequency at least consist of the highest standard current comparator, the transfer standard current comparator and the working standard current comparator. In this paper, self calibration method of highest standard current comparator is analyzed. The uncertainty of calibration results is evaluated,and at last it is verified by transfer comparison method in order to prove the rationality of the data.

current ratio standards at power frequency; current comparator; the highest standard; self calibration; uncertainty evaluation

TM933.12

A

1004-7913(2017)09-0051-03

劉 罡(1985)，男，碩士，高級工程師，主要從事電能計量的試驗與研究工作。

2017-04-26)