0.5級(jí)直流高壓分壓器測(cè)量不確定度評(píng)定及驗(yàn)證

張偉賢 吳蔚瀾 張海琦 劉儀

【摘要】基于直流高壓分壓器檢定相關(guān)規(guī)范，采用“差值法”對(duì)直流高壓分壓器分壓比進(jìn)行校準(zhǔn)，對(duì)分壓比校準(zhǔn)結(jié)果評(píng)定了測(cè)量不確定度，并采用“傳遞比較法”進(jìn)行了校準(zhǔn)結(jié)果的驗(yàn)證。通過相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算，提出相應(yīng)的技術(shù)分析建議，有助于提升0.5級(jí)直流高壓分壓器測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

【關(guān)鍵詞】直流高壓分壓器；差值法；不確定度分析；傳遞比較法

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.06.009

Evaluation and Verification of Measurement Uncertainty of 0.5 Level DC High-voltage Voltage Divider

ZHANG Weixian， WU Weilan， ZHANG Haiqi， LIU Yi

（Guangzhou Yueneng Power Technology Development Co.， Ltd.， Guangzhou 510000， China）

Abstract： Based on the relevant specifications for the verification of DC high-voltage voltage dividers， the "difference method" was used to calibrate the voltage ratio of DC high-voltage voltage dividers. The measurement uncertainty was evaluated for the calibration results， and the calibration results were verified using the "transfer comparison method". By calculating the relative standard uncertainty and proposing corresponding technical analysis suggestions， it is helpful to improve the accuracy of the measurement results of the 0.5 level DC high-voltage divider.

Key words： DC high-voltage voltage divider； difference method； uncertainty analysis； transfer comparison method

為確保實(shí)驗(yàn)室直流高壓分壓器計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量值準(zhǔn)確可靠，提高計(jì)量檢定水平，實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)人員依據(jù)JJG 1007—2005《直流高壓分壓器》檢定規(guī)程，采用“差值法”對(duì)直流高壓分壓器分壓比進(jìn)行校準(zhǔn)，并對(duì)分壓比校準(zhǔn)結(jié)果測(cè)量不確定度進(jìn)行評(píng)定。

高壓直流分壓器是在高壓電氣系統(tǒng)中主要用于電壓參數(shù)測(cè)量的設(shè)備，對(duì)于維護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的價(jià)值?？萍嫉陌l(fā)展與進(jìn)步促進(jìn)了高壓直流分壓器在高壓電氣設(shè)備制造廠、變電站、發(fā)電廠及高電壓試驗(yàn)室等領(lǐng)域有了較為廣泛的應(yīng)用。因此目前的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范對(duì)于0.5級(jí)直流高壓分壓器的準(zhǔn)確度有了較高的要求。直流高壓分壓器是用于測(cè)量直流高電壓的測(cè)量裝置，它可將被測(cè)直流高電壓按一定的比例轉(zhuǎn)換為可用于低壓直流電壓表直接測(cè)量的直流電壓，由高壓臂和低壓臂組成，高壓臂通常由多個(gè)電阻串聯(lián)組成，工作原理如圖1所示。

1.1校準(zhǔn)依據(jù)

高電壓分壓器是直流高電壓測(cè)量中經(jīng)常使用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。其最大的特點(diǎn)就是準(zhǔn)確度較高、重量較輕、體積較小、使用方便。根據(jù)不同的用途選用不同類型的高電壓分壓器，再配以適當(dāng)功能的低電壓測(cè)量?jī)x表，幾乎可以完成全部直流高電壓測(cè)量的有關(guān)內(nèi)容。依據(jù)JJG 1007—2005《直流高壓分壓器》檢定規(guī)程，對(duì)于0.5級(jí)直流高壓分壓器的準(zhǔn)確度測(cè)定一般采用“差值法”進(jìn)行。

1.2計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器

計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器清單見表1。

1.3樣品

設(shè)備名稱：標(biāo)準(zhǔn)直流分壓器；型號(hào)：PD20；準(zhǔn)確度等級(jí)：0.5級(jí)。樣品圖示見圖2。

1.4測(cè)量方法

直流高壓分壓器是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量用的專用儀器儀表，整套設(shè)備由分壓器和測(cè)量?jī)x表兩部分組成，主要用于現(xiàn)場(chǎng)直流高壓測(cè)量，是取代靜電電壓表的最佳直流高壓測(cè)量設(shè)備。分壓器采用平衡式等電位屏蔽結(jié)構(gòu)，在完全密封的絕緣筒內(nèi)部采用優(yōu)質(zhì)電子元件，使整個(gè)裝置具有測(cè)試準(zhǔn)確、線性好、性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。依據(jù)JJG 1007—2005《直流高壓分壓器》檢定規(guī)程中第6.3.4.2條“差值法”，測(cè)量原理如圖3所示。

1）被測(cè)樣品到達(dá)實(shí)驗(yàn)室后，在（20±5）℃的恒溫條件下放置24 h以上才進(jìn)行測(cè)試；2）在連接之前，確保高壓接線端和測(cè)量端連接正確，并確保接地端可靠接地；3）在進(jìn)行校準(zhǔn)之前，儀器需要在2 kV下預(yù)熱2 min；4）測(cè)量時(shí)的工作電壓為20 kV，測(cè)量期間及時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)室的溫度、濕度等環(huán)境條件，測(cè)量得到樣品的分壓比。

3.1重復(fù)測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1

當(dāng)前，對(duì)于傳統(tǒng)高壓分壓器的校準(zhǔn)系統(tǒng)大多數(shù)是由數(shù)字多用表、標(biāo)準(zhǔn)高壓分壓器及高壓試驗(yàn)電源等設(shè)備組成的。試驗(yàn)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)分壓器與被校分壓器的高壓側(cè)均接至試驗(yàn)系統(tǒng)高壓電源，低壓側(cè)分別接至各自回路的數(shù)字多用表，高壓分壓器均需可靠接地。在重復(fù)性條件下，由被測(cè)直流高壓分壓器和標(biāo)準(zhǔn)直流高壓分壓器的測(cè)量重復(fù)性引起的不確定度分量u1，采用A類評(píng)定方法。

在重復(fù)性條件下各進(jìn)行10次獨(dú)立測(cè)量，分別測(cè)量出U0和ΔU測(cè)量數(shù)據(jù)，并由此計(jì)算得到每次測(cè)量的實(shí)測(cè)分壓比，見表2。

3.5其他影響因素

其他不確定度分量包括高電壓工作時(shí)的電暈影響、直流高壓標(biāo)準(zhǔn)分壓器分壓比的熱溫度系數(shù)、數(shù)字多用表接線熱電勢(shì)效應(yīng)、測(cè)量讀數(shù)四舍五入等，由于這些不確定度分量對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性影響較小，在測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定時(shí)可忽略不計(jì)。

校準(zhǔn)結(jié)果的驗(yàn)證一般通過更高一級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)采用傳遞比較法進(jìn)行驗(yàn)證。本實(shí)驗(yàn)室將樣品送往某計(jì)量機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)所用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器為0.01級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)直流高壓分壓器，測(cè)量結(jié)果及擴(kuò)展不確定度見表5。

本次使用校準(zhǔn)方法為直接測(cè)量法，技術(shù)分析與建議如下：1）校準(zhǔn)時(shí)盡量采用差值法測(cè)量，可以減少直流電壓源電壓不穩(wěn)定造成的影響。2）標(biāo)準(zhǔn)高壓分壓器、被校分壓器及直流高壓發(fā)生器應(yīng)單點(diǎn)接地，可以更好地保護(hù)人員及設(shè)備安全。在低壓電路中，電壓不是很高，尤其是用作標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)源一般額定輸出電流也很小，因此，在工作中安全問題不是太突出。而在高電壓測(cè)量中情況卻要嚴(yán)重得多，如果對(duì)安全重視不夠，就可能會(huì)造成人員和設(shè)備的事故。3）被校直流高壓分壓器本體高壓端與標(biāo)準(zhǔn)直流分壓器高壓端的連接線與直流高壓發(fā)生器本體盡量成90°夾角，減少爬電造成的影響。4）二次儀表與數(shù)字多用表輸入阻抗應(yīng)匹配得當(dāng)，匹配不當(dāng)會(huì)造成測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)大的偏離。

【參考文獻(xiàn)】

[1]梁建瑜.高壓直流分壓器內(nèi)部故障對(duì)電壓測(cè)量的影響[J].電工技術(shù)，2019（5）：127-129.

[2]張煌輝，林飛鵬，邵海明，等.直流高壓電阻分壓器泄漏電流測(cè)量研究[J].計(jì)量學(xué)報(bào)，2018，39（1）：83-88.

[3]毛艷，李慶峰，李毅，等.1000 kV直流高壓分壓器的比對(duì)與不確定度評(píng)定[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012，36（7）：38-42.

【作者簡(jiǎn)介】

張偉賢，男，1991年出生，學(xué)士，研究方向?yàn)楦唠妷河?jì)量技術(shù)。吳蔚瀾，男，1997年出生，學(xué)士，研究方向?yàn)楦唠妷河?jì)量技術(shù)。張海琦，男，2000年出生，學(xué)士，研究方向?yàn)楦唠妷河?jì)量技術(shù)。劉儀，女，1997年出生，學(xué)士，研究方向?yàn)橛?jì)量管理。

（編輯：李加鵬）