高壓靜電除塵用整流變壓器效率測(cè)量結(jié)果不確定度的評(píng)定

張濤

(龍巖市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所,福建 龍巖 364000)

1 概述

根據(jù)中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)(CNAS)最新發(fā)布的CNAS-CL01:2018《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》[1]中針對(duì)不確定度的有關(guān)規(guī)定中明確指出：檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室需評(píng)定測(cè)量不確定度；實(shí)驗(yàn)室應(yīng)當(dāng)使用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行測(cè)量不確定度的評(píng)定工作；當(dāng)出現(xiàn)測(cè)量不確定度與檢測(cè)結(jié)果有效性或應(yīng)用有關(guān),或客戶有明確要求檢測(cè)結(jié)果需包含測(cè)量不確定度,或檢測(cè)量的測(cè)量不確定度有可能會(huì)影響規(guī)范限值的符合性這幾種情況時(shí),檢測(cè)報(bào)告中還應(yīng)包含有與檢測(cè)量單位一致或百分比等其他相對(duì)形式的測(cè)量不確定度。

不確定度是衡量測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo),其主要體現(xiàn)了測(cè)量者對(duì)測(cè)量值認(rèn)知能力的不足,測(cè)量不確定度的值越小,則表示測(cè)量的結(jié)果越接近真實(shí)值,檢驗(yàn)水平越高,測(cè)量結(jié)果的使用價(jià)值也越高,反之則越低。在我國(guó),各種工業(yè)用除塵設(shè)備中,高壓靜電除塵由于除塵效率高,使用靈活等優(yōu)點(diǎn)始終占據(jù)主導(dǎo)地位,而高壓整流變壓器是靜電除塵設(shè)備電源的最關(guān)鍵部分,因此,對(duì)這類高壓靜電除塵用整流變壓器效率的測(cè)量不確定度進(jìn)行準(zhǔn)確、系統(tǒng)的評(píng)估,在實(shí)際使用過(guò)程中是非常有必要的[2-6]。

2 測(cè)量方法概述

2.1 測(cè)量方法和原理

對(duì)于高壓靜電除塵用整流變壓器的效率測(cè)量主要依據(jù)西安電力電子技術(shù)研究所發(fā)布的機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 5845-1991《高壓靜電除塵用整流設(shè)備實(shí)驗(yàn)方法》進(jìn)行[7],該試驗(yàn)的電路如圖1 所示：

圖1 高壓靜電除塵用整流設(shè)備試驗(yàn)電路圖

如上圖所示,K1 為電源柜熔斷器式隔離開(kāi)關(guān),K2 為高壓隔離開(kāi)關(guān),A1 為交流電流表,A2 為直流電流表,V1 為交流電壓表,V2為直流電壓表,W1 為功率表,CT為電流互感器,RH為阻性負(fù)載。通常來(lái)說(shuō)試驗(yàn)過(guò)程中需要用模擬電廠進(jìn)行試驗(yàn),如無(wú)法滿足建立模擬電廠實(shí)驗(yàn)條件的情況下,可以使用相同大小的阻性負(fù)載替代模擬電廠進(jìn)行試驗(yàn)。依據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),此時(shí)需要用有效效率(即效率與功率因素的乘積)ηd≥0.64 來(lái)驗(yàn)證測(cè)量結(jié)果。在進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)時(shí),設(shè)備需同時(shí)滿足輸出直流電流應(yīng)為額定值和輸出直流電壓不應(yīng)小于額定值的80%兩個(gè)條件。

2.2 試驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)述

本文試驗(yàn)在龍巖市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所中額定電流為0.02～3.6A的模擬電廠(不帶煙氣)條件下進(jìn)行試驗(yàn)。利用TPCS- 變壓器性能試驗(yàn)測(cè)控系統(tǒng)(高壓硅整流設(shè)備性能測(cè)試臺(tái)),按照標(biāo)準(zhǔn)JB/T 5845-1991[7]進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)時(shí)設(shè)備盡可能接近額定輸出狀態(tài),測(cè)量整流變壓器直流輸出端輸出電流,輸出電壓及輸入有功功率。試驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度為24℃,相對(duì)濕度48%。

3 不確定度評(píng)估模型

根據(jù)變壓器設(shè)備效率計(jì)算公式

其中：η 表示設(shè)備效率,Pd表示直流輸出功率(kW),ud表示直流輸出電壓(kV),id表示直流輸出電流(A),P1表示輸入有功功率(kW)。

4 不確定度來(lái)源分析

測(cè)量不確定度通常由多個(gè)分量組成,評(píng)定時(shí)需要考慮測(cè)量模型和模型的傳播規(guī)律,分為A 類評(píng)定和B 類評(píng)定。其中A 類評(píng)定是在重復(fù)測(cè)量的基礎(chǔ)上,通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析的方法來(lái)對(duì)不確定度進(jìn)行評(píng)定；B類評(píng)定是非統(tǒng)計(jì)分析的評(píng)定方法,一般是通過(guò)試驗(yàn)或其他信息確定被測(cè)值的變化范圍,進(jìn)行科學(xué)判斷變化可能的分布來(lái)進(jìn)行評(píng)定[8]。根據(jù)變壓器設(shè)備效率計(jì)算公式及第2 章所述試驗(yàn)條件可以看出高壓靜電除塵用整流變壓器效率測(cè)量的不確定度來(lái)源主要有以下4 個(gè)方面,且這4 個(gè)不確定度來(lái)源均不相關(guān)。本試驗(yàn)研究的不確定度來(lái)源及其評(píng)定方法如表1 所示。

表1 不確定度來(lái)源及評(píng)定方法

5 不確定度分量的計(jì)算和評(píng)定

5.1 不確定度分量的計(jì)算

5.1.1 重復(fù)測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1

在相同條件下(包括測(cè)量程序,測(cè)量人員,測(cè)量地點(diǎn),測(cè)量環(huán)境等),根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 5845-1991,對(duì)某高壓靜電除塵用整流變壓器的直流輸出電壓、直流輸出電流和輸入有功功率值進(jìn)行連續(xù)測(cè)量5次,則可以認(rèn)為是重復(fù)測(cè)定同一試樣,測(cè)量結(jié)果如表2 所示。

表2 變壓器測(cè)量值

本次試驗(yàn)中進(jìn)行5 次重復(fù)測(cè)量,但實(shí)際檢測(cè)中只進(jìn)行一次,根據(jù)Bessel 公式：

其中置信水平95%,由重復(fù)測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u1=s1=0.0161,自由度v1=n-1=4。本次試驗(yàn)所用數(shù)據(jù)以第一次測(cè)量為準(zhǔn),ud=60.5kV,id=1.78A,P1=128.3kW,η=83.94%。

5.1.2 直流輸出電壓測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2

5.1.3 直流輸出電流測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3

5.1.4 輸入有功功率測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u4

5.2 不確定度分量的合成

5.2.1 方差和傳播系數(shù)

由于本試驗(yàn)中各影響因子間的相關(guān)系數(shù)均為0,則依據(jù)公式：

得：

其中傳播系數(shù)：

5.2.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

各不確定度分量及其傳播系數(shù)和自由度如表3 所示。

表3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

計(jì)算得u2c=4.66×10-4,uc=0.0216=2.16%。

5.2.3 有效自由度及包含因子

查詢t 分布臨界值表得到臨界值包含因子：

5.2.4 擴(kuò)展不確定度的計(jì)算

按照合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc=2.16%,置信水準(zhǔn)p=0.95,自由度v=13,最終得到高壓靜電除塵用整流變壓器效率測(cè)量的擴(kuò)展不確定度為：Up=kp×uc=2.16×2.16%=4.67%。

6 結(jié)論

本文介紹了高壓靜電除塵用整流變壓器效率測(cè)量的常用方法,闡述高壓靜電除塵用整流變壓器效率測(cè)量不確定度產(chǎn)生的各種因素,并且對(duì)測(cè)量系統(tǒng)造成的效率測(cè)量的不確定度進(jìn)行了計(jì)算和分析。本文對(duì)不同容量的控制電源及其整機(jī)性能的相關(guān)檢驗(yàn)有一定的借鑒作用,并且這類不確定度的分析有助于相關(guān)實(shí)驗(yàn)室合理評(píng)估自身的檢驗(yàn)?zāi)芰?準(zhǔn)確評(píng)判所檢驗(yàn)樣品的結(jié)果,為市場(chǎng)監(jiān)督管理系統(tǒng)的監(jiān)督抽查,仲裁判定提供可靠的數(shù)據(jù)支持,從而盡可能減少或者避免對(duì)所檢樣品的誤判,為解決試驗(yàn)糾紛提供有力支持。