互感器校验仪校准结果的不确定度评定方法

姚 远，赵天浩，杨智超，刘 罡，郝 新

(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.国网辽宁省电力有限公司检修分公司，辽宁 沈阳 110006)

随着电力事业的飞速发展，在电网系统中互感器的使用在大量增加，与此同时互感器校验仪的应用也越来越多。互感器校验仪是检定电流互感器和电压互感器的重要设备，互感器校验仪的准确度及不确定度评定结果直接影响互感器在正常工作中的使用范围。

检定或校准结果的不确定度评定可以明确表示计量设备校准和测量能力，并且已经成为评定测量结果可靠性的重要指标之一。本文以测量重复性带来的不确定度分量对互感器校验仪校准结果的不确定度进行计算，以确保校准结果的可靠性。

1 互感器校验仪的校准条件和校准模型

1.1 校准条件

根据JJG 169—2010 《互感器校验仪》检定规程和JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》技术规范[1-2]，互感器校验仪全部校准项目应在温度15～25 ℃，相对湿度≤75%的条件下进行。在试验中使用的设备如表1所示。

表1 试验中设备的技术参数

1.2 校准模型

本校准方法采用同相分量示值误差与正交分量示值误差分别检定的方法。以互感器校验仪整体检定装置为输出标准电源，用绞合导线将输出信号送入被检校验仪的工作回路和差压回路，选取测量回路的某一量程作为全检量程，其余量程和其他回路的所有量程只在上限的100%、10%及与全量程最大正负误差相对应的检定点上进行检定[1]。本文中选取电流回路5 A,100%In作为基本测量点进行测试。 其校准结果表示如下：

ΔyX=yX-yN

式中：yX为被检校验仪的实际值；yN为标准装置的示值。

2 互感器校验仪校准结果标准不确定度来源

由JJG 169—2010《互感器校验仪》检定规程可以了解影响校准结果的因素众多，但部分影响因素的不确定度分量较小[3]，所以在本文中暂时不予考虑。

互感器校验仪在校准过程中的标准不确定度ui的来源主要包括以下4个方面：

a.在重复性条件下由被测互感器校验仪测量不重复性引起的不确定度分量uA；

b.互感器校验仪整检装置产生的误差影响引起的不确定度分量u1；

c.互感器校验仪检定装置周期内误差的变化引起的不确定度分量u2；

d.被检互感器校验仪负荷及分辨率等引起的不确定度分量u3。

3 标准不确定度的评定及分析

3.1 测量重复性引入的标准不确定度分量uA

标准不确定度A类评定可根据连续测量得到的数值进行评定，本次评定选用电流回路5 A、100%In作为检定点，在标准工作条件下重复对互感器校验仪的同相分量和正交分量进行10次测量[4]，计算单次测量结果的标准偏差s。测量数据如表2所示。

表2 2级互感器校验仪10次误差测量数据

同相分量：

正交分量：

标准不确定度A类分量：

同相分量：

正交分量：

3.2 B类测量不确定度分量的分析计算

(1)

ΔX=±K(X·a%+Y·a%+Dx)

(2)

ΔY=±K(X·a%+Y·a%+Dy)

(3)

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；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(且规程规定DX=0.1RKa%,RK为量程满度值)；a为校验仪准确度等级指数。

当In=5 A，由表2中可以看出测得值X=0.411 5%，Y=0.435 11′。由式(2)、式(3)求得互感器校验仪的基本误差限为ΔX=0.021%，ΔY=0.22′。

不确定度分量为

(4)

由式(1)、式(2)求得基本误差限。

不确定度分量为

(5)

由式(1)、式(2)求得基本误差限。

不确定度分量为

4 合成标准不确定度的评定

合成标准不确定度是由各标准不确定度分量合成得到的[7]，标准不确定度分量汇总表如表3所示。

表3 测量不确定度分量汇总表(In=5 A，100%In)

互感器校验仪误差测量为简单直接测量，全部输入量是彼此独立的，则合成标准不确定度按下式进行计算：

(6)

5 扩展不确定度的评定

扩展不确定度是测量结果的取值区间半宽度，可期望该区间包含了被测量值分布的大部分。按照JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》规范建议，扩展不确定度U按U=kuc(y)计算,在包含因子k=2(置信概率p=95.45%)的条件下，得到的扩展不确定度如表4所示 。

表4 扩展不确定度汇总表

6 标准不确定度结果的验证

为了检验该互感器校验仪的校准结果不确定度，将其送至上级计量检定机构进行溯源[8]。将两者相同检定点的校准结果一一比对，结果如表5所示。

表5 互感器校验仪校准结果比对后数据

比对结果表明该互感器校验仪的标准不确定度评定符合要求。

7 结束语

本文介绍了互感器校验仪校准结果的标准不确定度评定方法，梳理了在评定过程中的计算过程，也考虑了易在评定中容易产生影响的不确定度分量来源。结合实际工作情况，尽可能做到全面合理。