互感器校驗(yàn)儀校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評(píng)定方法

姚 遠(yuǎn)，趙天浩，楊智超，劉 罡，郝 新

(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)

隨著電力事業(yè)的飛速發(fā)展，在電網(wǎng)系統(tǒng)中互感器的使用在大量增加，與此同時(shí)互感器校驗(yàn)儀的應(yīng)用也越來越多。互感器校驗(yàn)儀是檢定電流互感器和電壓互感器的重要設(shè)備，互感器校驗(yàn)儀的準(zhǔn)確度及不確定度評(píng)定結(jié)果直接影響互感器在正常工作中的使用范圍。

檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評(píng)定可以明確表示計(jì)量設(shè)備校準(zhǔn)和測量能力，并且已經(jīng)成為評(píng)定測量結(jié)果可靠性的重要指標(biāo)之一。本文以測量重復(fù)性帶來的不確定度分量對(duì)互感器校驗(yàn)儀校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度進(jìn)行計(jì)算，以確保校準(zhǔn)結(jié)果的可靠性。

1 互感器校驗(yàn)儀的校準(zhǔn)條件和校準(zhǔn)模型

1.1 校準(zhǔn)條件

根據(jù)JJG 169—2010 《互感器校驗(yàn)儀》檢定規(guī)程和JJF 1059.1—2012《測量不確定度評(píng)定與表示》技術(shù)規(guī)范[1-2]，互感器校驗(yàn)儀全部校準(zhǔn)項(xiàng)目應(yīng)在溫度15～25 ℃，相對(duì)濕度≤75%的條件下進(jìn)行。在試驗(yàn)中使用的設(shè)備如表1所示。

表1 試驗(yàn)中設(shè)備的技術(shù)參數(shù)

1.2 校準(zhǔn)模型

本校準(zhǔn)方法采用同相分量示值誤差與正交分量示值誤差分別檢定的方法。以互感器校驗(yàn)儀整體檢定裝置為輸出標(biāo)準(zhǔn)電源，用絞合導(dǎo)線將輸出信號(hào)送入被檢校驗(yàn)儀的工作回路和差壓回路，選取測量回路的某一量程作為全檢量程，其余量程和其他回路的所有量程只在上限的100%、10%及與全量程最大正負(fù)誤差相對(duì)應(yīng)的檢定點(diǎn)上進(jìn)行檢定[1]。本文中選取電流回路5 A,100%In作為基本測量點(diǎn)進(jìn)行測試。 其校準(zhǔn)結(jié)果表示如下：

ΔyX=yX-yN

式中：yX為被檢校驗(yàn)儀的實(shí)際值；yN為標(biāo)準(zhǔn)裝置的示值。

2 互感器校驗(yàn)儀校準(zhǔn)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)不確定度來源

由JJG 169—2010《互感器校驗(yàn)儀》檢定規(guī)程可以了解影響校準(zhǔn)結(jié)果的因素眾多，但部分影響因素的不確定度分量較小[3]，所以在本文中暫時(shí)不予考慮。

互感器校驗(yàn)儀在校準(zhǔn)過程中的標(biāo)準(zhǔn)不確定度ui的來源主要包括以下4個(gè)方面：

a.在重復(fù)性條件下由被測互感器校驗(yàn)儀測量不重復(fù)性引起的不確定度分量uA；

b.互感器校驗(yàn)儀整檢裝置產(chǎn)生的誤差影響引起的不確定度分量u1；

c.互感器校驗(yàn)儀檢定裝置周期內(nèi)誤差的變化引起的不確定度分量u2；

d.被檢互感器校驗(yàn)儀負(fù)荷及分辨率等引起的不確定度分量u3。

3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定及分析

3.1 測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uA

標(biāo)準(zhǔn)不確定度A類評(píng)定可根據(jù)連續(xù)測量得到的數(shù)值進(jìn)行評(píng)定，本次評(píng)定選用電流回路5 A、100%In作為檢定點(diǎn)，在標(biāo)準(zhǔn)工作條件下重復(fù)對(duì)互感器校驗(yàn)儀的同相分量和正交分量進(jìn)行10次測量[4]，計(jì)算單次測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差s。測量數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 2級(jí)互感器校驗(yàn)儀10次誤差測量數(shù)據(jù)

同相分量：

正交分量：

標(biāo)準(zhǔn)不確定度A類分量：

同相分量：

正交分量：

3.2 B類測量不確定度分量的分析計(jì)算

(1)

ΔX=±K(X·a%+Y·a%+Dx)

(2)

ΔY=±K(X·a%+Y·a%+Dy)

(3)

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(shù)；X為同相測量盤示值的絕對(duì)值；Y為正交測量盤示值的絕對(duì)值；DX、DY為測量盤最小分度值或量化值(且規(guī)程規(guī)定DX=0.1RKa%,RK為量程滿度值)；a為校驗(yàn)儀準(zhǔn)確度等級(jí)指數(shù)。

當(dāng)In=5 A，由表2中可以看出測得值X=0.411 5%，Y=0.435 11′。由式(2)、式(3)求得互感器校驗(yàn)儀的基本誤差限為ΔX=0.021%，ΔY=0.22′。

不確定度分量為

(4)

由式(1)、式(2)求得基本誤差限。

不確定度分量為

(5)

由式(1)、式(2)求得基本誤差限。

不確定度分量為

4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度是由各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量合成得到的[7]，標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表如表3所示。

表3 測量不確定度分量匯總表(In=5 A，100%In)

互感器校驗(yàn)儀誤差測量為簡單直接測量，全部輸入量是彼此獨(dú)立的，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按下式進(jìn)行計(jì)算：

(6)

5 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

擴(kuò)展不確定度是測量結(jié)果的取值區(qū)間半寬度，可期望該區(qū)間包含了被測量值分布的大部分。按照J(rèn)JF 1059.1—2012《測量不確定度評(píng)定與表示》規(guī)范建議，擴(kuò)展不確定度U按U=kuc(y)計(jì)算,在包含因子k=2(置信概率p=95.45%)的條件下，得到的擴(kuò)展不確定度如表4所示 。

表4 擴(kuò)展不確定度匯總表

6 標(biāo)準(zhǔn)不確定度結(jié)果的驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)該互感器校驗(yàn)儀的校準(zhǔn)結(jié)果不確定度，將其送至上級(jí)計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)進(jìn)行溯源[8]。將兩者相同檢定點(diǎn)的校準(zhǔn)結(jié)果一一比對(duì)，結(jié)果如表5所示。

表5 互感器校驗(yàn)儀校準(zhǔn)結(jié)果比對(duì)后數(shù)據(jù)

比對(duì)結(jié)果表明該互感器校驗(yàn)儀的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定符合要求。

7 結(jié)束語

本文介紹了互感器校驗(yàn)儀校準(zhǔn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定方法，梳理了在評(píng)定過程中的計(jì)算過程，也考慮了易在評(píng)定中容易產(chǎn)生影響的不確定度分量來源。結(jié)合實(shí)際工作情況，盡可能做到全面合理。