外施電流法對互感器伏安特性測試儀的校準分析

趙斯衎，林 勇

（福建省計量科學研究院，福建 福州350003）

1 前言

互感器伏安特性測試儀主要由調(diào)壓系統(tǒng)、變壓器、電壓和電流測量系統(tǒng)等部分組成，可以對電流互感器或電壓互感器進行基本誤差、極性判別、變比檢查、二次回路負載等參數(shù)進行檢測，是現(xiàn)場進行互感器交接試驗、預防性試驗的常規(guī)設備，在電力工程領域已得到廣泛運用。其廠家不同，名稱也不相同，如互感器綜合測試儀，互感器伏安特性測試儀，互感器誤差特性測試儀等[2]。而測量伏安特性，主要是為了檢查互感器的鐵心質(zhì)量，通過鑒別鐵心磁化的飽和程度來判斷互感器的繞組有無匝間短路等缺陷。作為其主要的基本功能，數(shù)據(jù)結(jié)果的準確與否，直接影響著互感器伏安特性測試儀的優(yōu)劣程度，也間接決定了互感器交接試驗、預防性試驗的準確性與可靠性。本文主要以伏安特性電流部分為例，結(jié)合電磁計量專業(yè)特點，用外施電流法對此類儀器的伏安特性電流部分進行校準分析，從而達到該部分功能的量值溯源目的。

2 互感器伏安特性電流部分的校準

外施電流法[3]適用于不帶標準電流源的互感器伏安特性測試儀，如圖1所示，當被校測試儀輸入的伏安特性交流電流量程在100 A及以下時，采用交流測試系統(tǒng)作為測量標準進行測量，交流測試系統(tǒng)所輸入的標準電流值與被校測試儀電流顯示值之差即為伏安特性交流電流的示值誤差。

當被校測試儀輸入的伏安特性交流電流量程在100 A以上時，采用標準電流互感器作測量標準，利用升流器升流，結(jié)合數(shù)字多用表對電流進行實時監(jiān)控，進行測量。將測量標準交流電流輸出端與被校測試儀的伏安特性交流電流輸入端相連接，測量標準輸入值在被校測試儀上顯示，數(shù)字多用表讀取數(shù)值乘以標準電流互感器相應變比所得值與被校測試儀電流顯示值之差即為伏安特性交流電流的示值誤差。

圖1 電流示值校準接線圖（外施電流法）

用標準電流源對內(nèi)部自帶電流表的測試儀，按其說明書所示電流范圍進行校準。

電流示值誤差按式（1）或式（2）計算：

式中：ΔI—電流示值誤差；I—被校測試儀電流值；I0—標準器讀數(shù)值。

式中：γi—電流示值的相對誤差；I—被校測試儀電流值；I0—標準器讀數(shù)值。

3 校準結(jié)果的評定與分析

選用量程：0.01～100 A，0.05級的標準電流源，和量程：100μA～10 A，0.05級的數(shù)字多用表，以及量程：5～5 000 A/5 A，0.02級的標準互感器作為標準，測量模型分為兩種情況進行評定與分析。

當交流電流量程≤100 A時，

式中：ΔI—交流電流示值誤差，A；IX—被測儀器表示值，A；IN—標準器讀數(shù)值，A。

根據(jù)不確定度合成原理，交流電流誤差合成標準不確定度計算公式為：

式中：uA（ΔI）—被檢儀器誤差重復性引入的標準不確定度，A；u（ε）—標準器測量引入的標準不確定度，A；C1、C2為各項靈敏系數(shù)。

當交流電流量程＞100 A時

式中：ΔI—伏安特性交流電流示值誤差，A；IX—被測儀器顯示值，A；IN—標準器讀數(shù)值，A；k—電流互感器變比，A/A。

根據(jù)不確定度合成原理，交流電流誤差合成標準不確定度計算公式為：

式中：uA（ΔI）—被檢儀器誤差重復性引入的標準不確定度，A；u（ε）—標準器測量引入的標準不確定度，A；u（k）—電流互感器引入的標準不確定度；C1、C2為各項靈敏系數(shù)。

3.1 標準不確定度的A類評定

對被測儀器的伏安特性交流電流1 A，10 A，100 A，1 000 A，5 000 A分別進行10次連續(xù)測量，得到測量結(jié)果如表1所示。

表1 交流電流測量結(jié)果 單位：A

用貝塞爾公式計算測量結(jié)果，可得A類評定的不確定度分量，計算公式為：

式中：uA（ΔI）—被檢儀器誤差重復性引入的標準不確定度，A；INi—第i次獨立測量結(jié)果，A；IN—n次獨立測量結(jié)果平均值，A；n—n=10

計算得到：

3.2 標準不確定度的B類評定

根據(jù)交流測試系統(tǒng)的校準證書，其在交流電流下測量最大允許誤差為±0.05%，按矩形分布估計。所測得的伏安特性交流電壓輸出值的平均值分別為1.001 9 A，10.066 A，100.83 A，則測量引入的標準不確 定 度 為：u（ε）=0.000 29 A（1 A），u（ε）=0.002 91 A（10 A），u（ε）=0.029 11 A（100 A）。

根據(jù)數(shù)字多用表校準證書，其最大允許誤差為±0.05%，按矩形分布估計。所測得的伏安特性交流電流輸出值的平均值為1 015.0 A，5 075.6 A，數(shù)字多用表顯示值的平均值為5.075 A，5.075 6 A，則測量引入的標準不確定度為：u（ε）=0.001 47 A（1 000 A），u（ε）=0.001 47 A（5 000 A），

電流互感器變比k引入的標準不確定度分量計算如下。

根據(jù)電流互感器檢定證書，電流互感器最大允許誤差為±0.02%，按照矩形分布估計，電流互感器變比k引入的標準不確定度為：

3.3 靈敏系數(shù)

交 流 電 流 量 程≤100 A：C1=?ΔI/?ΔIX=1，

交流電流量程＞100 A：（額定變比為1 000 A/5 A）

3.4 合成標準不確定度

當交流電流量程≤100 A時，

被檢儀器交流電流誤差的合成不確定度為：uc（ΔI）=0.000 92 A（1 A），uc（ΔI）=0.012 09 A（10 A），uc（ΔI）=0.202 38 A（100 A）。

相對合成標準不確定度為：ucrel（ΔI）=0.09%（1 A），ucrel（ΔI）=0.12%（10 A），ucrel（ΔI）=0.20%（100 A）。

當交流電流量程＞100 A時，其不確定結(jié)果如表2所示。

表2 交流電流測量結(jié)果不確定度

3.5 擴展不確定度

取包含因子k=2，則伏安特性交流電壓輸出值的相對擴展不確定度為：

3.6 測量不確定度的報告與表示

取k=2，則伏安特性交流電流各測量范圍的相對擴展不確定度為：

4 結(jié)束語

不同型號，不同名稱的互感器伏安特性測試儀作為繼電保護和高壓絕緣專業(yè)的專門檢測儀器，已在電力工程領域得到廣泛應用。此類儀器，各個廠家的名稱不同、參數(shù)不一，但是，測試伏安特性作為其基本功能，是此類儀器的標準配置。為此，本文從電磁計量專業(yè)出發(fā)，以外施電流法為例，對伏安特性電流部分功能進行校準分析，從而達到量值溯源的目的，為今后該類儀器的更新發(fā)展提供了技術依據(jù)。