工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)多盤感應(yīng)分壓器校準(zhǔn)線路分析及校準(zhǔn)結(jié)果不確定度評定

劉 罡，姜春陽，曾 輝

（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.中國電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430074）

工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)多盤感應(yīng)分壓器校準(zhǔn)線路分析及校準(zhǔn)結(jié)果不確定度評定

劉 罡1，姜春陽2，曾 輝1

（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.中國電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430074）

多盤感應(yīng)分壓器是工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)裝置中應(yīng)用最廣泛的感應(yīng)分壓器，其下級所有標(biāo)準(zhǔn)互感器的不確定度評定都需要考慮多盤感應(yīng)分壓器引入的不確定度分量。對多盤感應(yīng)分壓器的校準(zhǔn)線路進行了分析，并對標(biāo)準(zhǔn)不確定度進行了評定，選取了重復(fù)性測量、標(biāo)準(zhǔn)器及誤差測量裝置等3個主要分量作為不確定度來源。最后取包含因子為2，對擴展不確定度和最佳估計值進行了計算。

工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)；多盤感應(yīng)分壓器；不確定度評定；最佳估計值

多盤分壓器是工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)裝置中除單盤感應(yīng)分壓器外第二高準(zhǔn)確度等級的主標(biāo)準(zhǔn)器。在工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)過程中，由于每一臺互感器的低端參考點標(biāo)定和高端曲線測量均需使用多盤感應(yīng)分壓器，且在每一臺互感器的不確定度評定均需考慮多盤感應(yīng)分壓器引入的不確定度分量，因此多盤感應(yīng)分壓器的誤差測量和不確定度評定尤為重要［1－2］。本文在大量重復(fù)性測量的基礎(chǔ)上，分析總結(jié)多盤感應(yīng)分壓器的校準(zhǔn)結(jié)果不確定度評定方法，為下一級互感器標(biāo)準(zhǔn)器的不確定度評定打下良好基礎(chǔ)。

1 校準(zhǔn)線路分析

依據(jù) 《工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)規(guī)范》JJF1067—2014，多盤感應(yīng)分壓器采用整體法進行校準(zhǔn)［3］，擺放位置如圖1所示。以單盤感應(yīng)分壓器為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，多盤感應(yīng)分壓器為被檢設(shè)備，試驗變壓器為升壓設(shè)備，互感器校驗儀為誤差測量顯示設(shè)備。校準(zhǔn)線路如圖2所示。試驗變壓器的輸入端接工頻單相電源，輸出端與單盤感應(yīng)分壓器的勵磁繞組、屏蔽繞組、比例繞組以及多盤感應(yīng)分壓器的a－x繞組、a0－x0繞組并聯(lián)；互感器校驗儀供電回路Uref端子與單盤感應(yīng)分壓器勵磁繞組低端相連，O端子和單盤感應(yīng)分壓器勵磁繞組所測的段位相連同時與地相連；互感器校驗儀測差回路Ux端子與單盤感應(yīng)分壓器比例繞組所測的段位相連，Un端子和多盤感應(yīng)分壓器的輸出端子相連。單盤感應(yīng)分壓器所測的段位由單盤的分?jǐn)?shù)表示，多盤感應(yīng)分壓器所測的段位由7個盤組成的小數(shù)表示，兩者的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。由表1可得，完成單盤感應(yīng)分壓器十段、九段和七段的段位校準(zhǔn)即可覆蓋多盤感應(yīng)分壓器的全部盤位［4－5］。

圖1 擺放位置

圖2 校準(zhǔn)線路

表1 單盤感應(yīng)分壓器、多盤感應(yīng)分壓器段位賦值對應(yīng)表

2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

采用整體法校準(zhǔn)時，多盤感應(yīng)分壓器的校準(zhǔn)結(jié)果不確定度主要由A類分量和B類分量組成［6－7］。A類分量取多盤感應(yīng)分壓器重復(fù)性測量數(shù)據(jù)的最大值u（x1），B類分量包括標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度分量u（x2）和誤差測量裝置引入的不確定度分量u（x3）。

2.1 測量重復(fù)性引入的不確定度分量

多盤感應(yīng)分壓器的校準(zhǔn)段位需要按照表1所示的24個標(biāo)準(zhǔn)比例段位逐一進行校準(zhǔn)。同時，由于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和被檢設(shè)備的準(zhǔn)確度等級較高，為了抵消電源對測量誤差的影響，需要用倒換極性方法計算出正反電源極性下測量平均值。為了測量每個段位的重復(fù)性測量數(shù)據(jù)，需要對每個段位均進行6次獨立測量。u（x1）為24個段位中最大的數(shù)值，本文僅說明測量方法，直接給出1／7段為比值誤差重復(fù)性測量最大值，3／7段為相位誤差重復(fù)性測量最大值，重復(fù)性測量數(shù)據(jù)由表2所示 （每次測量結(jié)果為正、反向電源測量線路的平均值）。

表2 重復(fù)性測量數(shù)據(jù)

計算單次測量試驗標(biāo)準(zhǔn)偏差：

由式 （1） 算得比值誤差 s為 0.24×10－6， 相位誤差 s為 0.23×10－6rad。

取6次測量的算數(shù)平均值的試驗標(biāo)準(zhǔn)偏差作為測量重復(fù)性引入的不確定度分量，故測量重復(fù)性引入的不確定度分量的計算公式為

由式 （2）算得測量重復(fù)性引入的不確定度分量比值誤差 u （x1） 為 0.098×10－6， 相位誤差u （x1）為 0.094×10－6rad。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度分量

由于對多盤感應(yīng)分壓器進行校準(zhǔn)時采用的標(biāo)準(zhǔn)器為單盤感應(yīng)分壓器，故標(biāo)準(zhǔn)器的引入的不確定度分量為單盤感應(yīng)分壓器的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，主要由單盤感應(yīng)分壓器重復(fù)性測量引入的不確定度分量、校驗儀引入的不確定度分量和屏蔽誤差引入的不確定度分量組成。前期相關(guān)論文已經(jīng)單獨對單盤感應(yīng)分壓器的不確定度進行了詳細(xì)評定，本文直接給出比值誤差u（x2） 為0.25×10－6，相位誤差為0.25×10－6rad。

2.3 誤差測量裝置引入的不確定度分量

誤差測量裝置引入的不確定度主要由電工式互感器校驗儀引起， 由 u （x3） ＝ 0.1εmax／1.7得到［3］，εmax為校驗儀測量讀數(shù)最大絕對值。對表1中24個段位的校驗儀讀數(shù)進行統(tǒng)計，得到比值誤差 εmax＝0.39×10－6， 相位誤差 εmax＝0.42×10－6rad。故校驗儀引入的不確定度比值誤差 u（x3）為0.023×10－6， 相位誤差 u （x3） 為 0.025×10－6rad。

2.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計算

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度由測量重復(fù)性引入的不確定度分量、標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度分量和誤差測量裝置引入的不確定度分量合成得到，由于3分量相關(guān)系數(shù)為0，故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc按式 （3）計算：

由式 （3）得到合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度如表 3所示。

表3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

3 擴展不確定度評定

擴展不確定度U是確定校準(zhǔn)結(jié)果區(qū)間的量，由相應(yīng)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘以包含因子計算得到，即：U＝kuc，通常取包含因子k＝2，包含概率p＝95.45%，uc為合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。經(jīng)計算得到多盤感應(yīng)分壓器校準(zhǔn)結(jié)果擴展不確定度 （相對擴展不確定度）如表4所示 （保留兩位有效數(shù)字）。

表4 校準(zhǔn)結(jié)果的擴展不確定度

4 校準(zhǔn)結(jié)果最佳估計值的計算

多盤感應(yīng)分壓器24個段位的最佳估計值由本文整體法的測量值與單盤感應(yīng)分壓器的自校準(zhǔn)誤差值合成得到，即每一個段位的多盤感應(yīng)分壓器的測量值與其對應(yīng)段位的單盤感應(yīng)分壓器的自校準(zhǔn)誤差值相加。單盤感應(yīng)分壓器的自校準(zhǔn)誤差值在前期試驗中已經(jīng)得到，多盤感應(yīng)分壓器的測量值由本文采用的整體法測量得到［8］。由于24個段位的校準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)過于龐大，本文僅為介紹計算方法，選取重復(fù)性試驗中1／7段的比值誤差和3／7段的相位誤差進行說明，計算結(jié)果如表5所示。

表5 多盤感應(yīng)分壓器最佳估計值舉例

通過合成最佳估計值以及擴展不確定度的計算得知：多盤感應(yīng)分壓器1／7段的比值誤差有95%的概率在 （－0.02±0.54） ×10－6區(qū)間內(nèi)， 3／7 段的相位誤差有95%的概率在 （－0.31±0.54） ×10－6rad區(qū)間內(nèi)。

5 結(jié)束語

本文對工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)中多盤感應(yīng)分壓器的校準(zhǔn)線路進行了分析，并對標(biāo)準(zhǔn)不確定度進行了評定，最后對擴展不確定度和最佳估計值進行了計算。其中多盤感應(yīng)分壓器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度可以作為工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)中的10 kV雙級電壓互感器、110 kV精密電壓互感器、220 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器、500 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器等后續(xù)主標(biāo)準(zhǔn)器不確定度評定的一個分量；擴展不確定度和最佳估計值可以以校準(zhǔn)證書和不確定度評定報告的形式作為多盤感應(yīng)分壓器具有完整溯源性和合格誤差值的重要依據(jù)。

［1］ 王 勤，雷 民，周 峰，等.500 kV工頻電壓加法自校準(zhǔn)技術(shù)研究與應(yīng)用 ［J］.電測與儀表，2013，50（4）：86－89.

［2］ 雷 民，周 峰，項 瓊，等.新一代110 kV工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)裝置及其應(yīng)用 ［J］.電能質(zhì)量，2013，30 （3）：71－75.

［3］ 工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)規(guī)范：JJF 1067—2014［S］.

［4］ 劉 罡，涂 萱，房 琛，等.降低電壓互感器二次回路壓降方法 ［J］.東北電力技術(shù)， 2014， 35 （12）： 14－16.

［5］ 劉振波.220 kV電容式電壓互感器計量誤差的現(xiàn)場檢測［J］.東北電力技術(shù)， 2007， 28 （3）： 22－24.

［6］ 測量用電壓互感器檢定規(guī)程：JJG 314—2010［S］.

［7］ 測量不確定度評定與表示：JJF 1059.1—2012［S］.

［8］ 劉 罡，于 洋，韓佳妤，等.電容式電壓互感器二次端子箱接地點虛接對現(xiàn)場檢定的影響 ［J］.東北電力技術(shù)，2015， 36 （6）： 17－19.

Circuit Analysis and Uncertainty Evaluation of Multiple Winding Inductive Voltage Divider for Apparatus of Voltage Ratio Standards at Power Frequency

LIU Gang1， JIANG Chunyang2， ZENG Hui1

（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.， Ltd.， Shenyang， Liaoning 110006， China；2.China Electric Power Research Institute， Wuhan， Hubei430074， China）

Multiple winding inductive voltage divider is the most widely used inductive voltage divider in apparatus of voltage ratio standards at power frequency.The uncertainty evaluation of all standard transformers in the lower levelneed to take into account the uncertainty components introduced by themultiwinding inductive divider.In this paper，the calibration circuitofmultiplewinding induction voltage divider is analyzed.The sources of uncertainty are evaluated from three main ways such as repeatability measurement，standards and errormeasuring equipment.Finally，we take the coverage factor to be 2 and both the extended uncertainty and the best estimate are calculated.

voltage ratio standards at power frequency； multiple winding inductive voltage divider； uncertainty evaluation； the best estimate value

TM93

A

1004－7913（2017）11－0060－03

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。

2017－07－20）