电子式互感器校验仪测量结果不确定度评定

刘　罡，姜春阳，曾　辉

(1. 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁　沈阳　110006；2. 中国电力科学研究院，湖北　武汉　430074)

互感器校验仪是测量电流互感器或电压互感器误差的仪器。当校验仪的供电回路施加试验电流(或电压)，测差回路施加误差电流(或电压)时，互感器校验仪可以通过电桥线路、电子线路或数字电路测量得到差流(或差压)向量相对于工作电流(或电压)向量的同向分量或正交分量，通过计算即可得到被比较的电流(或电压)向量与工作电流(或电压)的同向分量和正交分量。根据测量原理，互感器校验仪可以分为电工式互感器校验仪与电子式互感器校验仪[1]。电工式互感器校验仪稳定性好但效率低，随着电子技术的发展，电子式互感器校验仪越来越被广泛采用。本文对目前常用的HEF-H型电子式互感器校验仪进行测量，并对其测量结果不确定度进行评定。

1　测量条件及测量模型

1.1　测量条件

依据JJG 169—2010 《互感器校验仪》检定规程和JJG 441—2008《交流电桥》检定规程[2-3]，采用校验仪整体检定装置作为标准设备，对被检设备互感器校验仪进行测量，技术参数如表1所示。

表1　标准设备及被检设备的技术参数

1.2　测量模型

ΔfX=fX-fN

ΔδX=δX-δN

式中：fX为被检校验仪的同相分量值；fN为标准装置的正交分量值；δX为被检校验仪的同相分量值；δN为标准装置的正交分量值。

2　标准不确定度的评定

对示值误差的不确定度进行评定，输入量的标准不确定度u(xi)的主要来源有以下几个方面[4]：测量重复性引入的不确定度分量u(x1)(A类)、互感器校验仪整体检定装置的误差引入的不确定度分量u(x2)(B类)、互感器校验仪负荷引入的不确定度分量u(x3)(B类)。

2.1　测量重复性引入的不确定度分量

在环境温度为22 ℃，相对湿度小于80%的测量条件下，对二次电流为5 A、100%额定电流，参考同向分量为0.01%、参考正交分量为1′时进行10次重复性测量，得到同相分量、正交分量的测量结果如表2所示。

表2　重复性测量数据

互感器校验仪进行10次测量，得到试验标准差为

同相分量：

正交分量：

A类标准不确定度为

同相分量：

正交分量：

2.2　互感器校验仪整体检定装置引入的不确定度分量

依据JJG 169—2010 《互感器校验仪》检定规程，手动变换量程的校验仪各量程的同相分量不得超出式(1)给出的限值范围，正交分量不得超出式(2)给出的限值范围。

ΔX=+K(X·a%+Y·a%+Dx)

(1)

ΔY=+K(X·a%+Y·a%+Dy)

(2)

式中：ΔX为同相分量基本误差允许值；ΔY为正交分量基本误差允许值；K为仪器常数，取值为量程的倍数，本次测量取K=1；X为同相测量盘示值的绝对值；Y为正交测量盘示值的绝对值；Dx、Dy为测量盘最小分度值或量化值;a为校验仪准确度等级。

经计算ΔX=0.021%，ΔY=0.22′。

(3)

估计标准差值为

2.3　互感器校验仪负荷引入的不确定度分量

(4)

由式(1)、(2)求得基本误差限ΔX=0.021%，ΔY=0.22′。

则估计标准差值为

2.4　灵敏系数

灵敏系数按照式(5)计算：

(5)

式中：cif、ciδ分别为同向分量和正交分量的灵敏系数。

由测量模型ΔfX=fX-fN，ΔδX=δX-δN可得cif=ciδ=1。

2.5　测量不确定度分量汇总表

互感器校验仪在二次电流为5 A、参考同向分量为0.01%、参考正交分量为1′时测量不确定度分量汇总表[5]如表3所示。

表3　测量不确定度汇总表

2.6　合成标准不确定度

由于灵敏系数均为1，且全部输入量是彼此独立或不相关的，故合成标准不确定度uc按式(6)计算：

(6)

由式(6)算得同向分量uc为3.85×10-5，正交分量uc为0.041′。

3　扩展不确定度的评定

扩展不确定度由合成标准不确定度乘以包含因子计算得到，即U=kuc,其中取包含因子k=2,包含概率p=95.45%，uc为合成标准不确定度。经计算得到互感器校验仪同向分量和正交分量扩展不确定度如表4所示(保留两位有效数字，最后一位进位)。

表4　互感器校验仪的扩展不确定度

4　测量结果的验证

为验证互感器校验仪的测量结果不确定度，采用传递比较法将本单位计量标准和上级单位计量标准的测试数据进行对比[6-7]，对比结果见表5所示。

表5　本单位计量标准和上级单位计量标准对比结果

通过传递比较法的验证表明：电子式互感器校验仪的测量不确定度评定符合要求[8]。

5　结束语

本文对电子式互感器校验仪的测量结果不确定度进行了评定，对标准不确定度和扩展不确定度分别进行了计算。其中，标准不确定度可用于其校准的电流互感器或者电压互感器不确定度评定的一个分量，即后续进行互感器的不确定度评定时，可以将该校验仪引入的不确定度考虑在内；扩展不确定度可用于出具的校准证书或不确定度报告时确定合理包含区间。

本次互感器校验仪的准确度等级为2级，故最大允许误差为2%。由于本次评定的扩展不确定度数值与该互感器校验仪的最大允许误差之比小于1/3，按照测量结果的符合性评定要求，对该校验仪进行合格与否的判别时无需再考虑不确定度的影响因素，简化了工作流程，提高了工作效率。

参考文献：

[1]严洁. 互感器校验仪不确定度的评定[J]. 青海电力.2013,32(2):25-28.

[2]互感器校验仪：JJG 169—2010 [S].

[3]交流电桥：JJG 441—2008 [S].

[4]刘罡，王江波，房琛，等. 换流站用OCT基本原理分析和现场校验方法的研究[J]. 东北电力技术，2015,36(3):19-21.

[5]测量不确定度评定与表示：JJF 1059.1—2012 [S].

[6]刘罡，曾辉明，程力，等. 590系列互感器校验仪对现场检定的局限性[J]. 东北电力技术，2014，35(5)：52-55.

[7]刘罡，于洋，韩佳妤，等. 电容式电压互感器二次端子箱接地点虚接对现场检定的影响[J]. 东北电力技术，2015,36(6):17-19.

[8]陈福胜，欧朝龙，韩万全，等.电子式互感器校验仪的设计与实现[J]. 电测与仪表，2011,48(1):55-58.