交流耐壓試驗設備校準技術

龔利文/上海寶冶建設有限公司

0 引言

隨著我國國家電網、冶金、化工、制造業等工業企業的電力系統技術改造與升級的進程不斷加快，按照GB50150-2006《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準條文說明》的要求，電力變壓器、電抗器、互感器、高壓斷路器、高壓開關、電力電纜、交流電機等電氣設備，在現場交接試驗或測量驗收時，均要使用交流耐壓試驗設備對其進行耐壓試驗。交流耐壓試驗設備的應用領域非常廣泛。

按照交流耐壓試驗設備的技術特性，必須定期對其進行量值溯源，以確保現場交流耐壓試驗時不對被試試品造成損壞。目前，華東地區的相關計量檢測部門以及高壓研究機構，還不能滿足200 kV電壓等級交流耐壓試驗設備計量校準的市場需求，所以，對200 kV電壓等級的交流耐壓試驗設備的校準技術研究，顯得尤為重要。

1 校準/檢測試驗項目

2 校準/檢測試驗方法

2.1 外觀及通電檢查

交流耐壓試驗設備外殼應完好無損，應無影響其技術性能的機械損傷，銘牌、標志齊全。各種調節旋鈕、按鍵應靈活可靠，專用插件、測試線齊全，帶數字指示的交流耐壓試驗設備，通電后，數字顯示清晰，無缺字現象。

2.2 交流輸出電壓測試

1）測試原理

正確連接標準交流高壓測量儀與被校交流耐壓試驗設備（圖1）。

圖1 交流輸出電壓測試原理

輸入電壓加到標準交流高壓測量儀上，標準交流高壓測量儀由標準交流分壓器和標準數字電壓表組成，而輸出電壓則取自低壓臂。通過標準交流分壓器可解決以低壓儀表測量高壓峰值及波形的問題，用于測量幾千伏到幾百萬伏的電壓。

標準交流分壓器的工作原理如圖1所示。Z1為標準交流分壓器高壓臂阻抗，Z2為低壓臂阻抗。測電壓時，大部分電壓降落在Z1上，Z2上僅分到一小部分電壓，該低壓值乘上一個系數即可獲得被測的高壓值，此系數稱為分壓比。

分壓比：k = U1/ U2=（Z1+ Z2）/ Z2

標準交流分壓器分壓比：k =（C1+ C2）/ C1

2）輸出電壓

設被校交流耐壓試驗設備輸出電壓值為UX，標準交流高壓測量儀的顯示值為 UN：

2.3 電壓持續時間試驗

將交流耐壓試驗設備的時間控制置于定時方式，然后從小到大設定時間，按下輸出“啟動”鍵的同時，自動啟動標準計時器，當交流耐壓試驗設備發出切斷信號時，自動終止計時。重復測量兩次，兩次測量結果的平均值即為電壓持續時間實測值。

2.4 絕緣電阻測試

用不低于2500 V的絕緣電阻表，測量高壓輸出端與機殼接地端之間的絕緣電阻，其絕緣電阻值不小于100 MΩ。

2.5 交流輸出電壓的失真度試驗

按照圖2所示正確連接交流耐壓試驗設備、分壓器、失真度測試儀，調節輸出電壓至額定值，選擇適當的分壓器使失真度測試儀輸入電壓在其允許輸入電壓范圍內，從失真度測試儀上直接讀取交流輸出電壓的失真度值。

圖2 失真度試驗接線圖

2.6 擊穿報警電流試驗

將可調電阻器、標準毫安表串接在被校交流耐壓試驗設備的高壓輸出端與接地端之間，調整輸出電壓，直至交流耐壓試驗設備發出報警或切斷輸出電壓，此時迅速讀取電流值，重復測量兩次，取其平均值，即為擊穿報警電流實測值。

3 輸出電壓測量不確定度的評定分析

3.1 概述

1）測量依據：依據JJG795-2004《耐電壓測試儀檢定規程》及JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》。

2）測量方法：用標準交流高壓測量儀測量交流耐壓試驗設備的輸出電壓值,將被校交流耐壓試驗設備的高壓端接至標準交流高壓測量儀的高壓端, 被校交流耐壓試驗設備與標準交流高壓測量儀要可靠接地，緩慢調節被校交流耐壓試驗設備輸出電壓，標準交流高壓測量儀的顯示值即為被校交流耐壓試驗設備輸出電壓實際值。現以（GCV200型）標準交流高壓測量儀測量被校交流耐壓試驗設備（VFSR型）200 kV為例進行討論。

3）校準原理圖（圖3）：

圖3 輸出電壓校準原理圖

3.2 數學模型

設被校交流耐壓試驗設備輸出電壓值為VX，而標準交流高壓測量儀顯示的讀數為VN，從技術說明中可知，在標準條件下，由溫度、濕度、電源變化、磁場等因素帶來的影響可忽略，則示值誤差為：

3.3 不確定度來源：

1）由標準交流高壓測量儀引起的標準不確定度u(VN)

①由標準交流高壓測量儀的準確度引起的標準不確定度分量u（VN1）

②由標準交流高壓測量儀的分辨力引起的標準不確定度分量u（VN2）

2）由被校交流耐壓試驗設備引起的標準不確定度u（VX）

①由被校交流耐壓試驗設備測量重復性引起的標準不確定度分量u（VX1）

②由被校交流耐壓試驗設備的分辨力引起的標準不確定度分量u（VX2）

3.4 標準不確定度評定

1）標準不確定度分量u（VN1）的評定

標準交流高壓測量儀的準確度給出的不確定度u（VN1）。

從GCV200型交流高壓測量儀技術參數得到其準確度為：

2）標準不確定度分量 u（VN2）的評定

標準交流高壓測量儀測量交流耐壓試驗設備200 kV時其分辨率為10 V，所以其半寬為5 V，因其屬均勻分布， 故：

由于 u（VN1），u（VN2）相互獨立，因此：

由標準器引起的標準不確定度，在標準器有效期內，將被直接引用到以后校準測量結果不確定度的評定中。

3）標準不確定度u(VX1)的評定

對被校交流耐壓試驗設備200 kV點，重復進行10次測量，測量數據如表1：

表1

測量結果:

實驗標準偏差：

另取兩臺同類型、同準確度被校交流耐壓設備，在相同條件下，分別對200 kV點進行10次測量，測量數據如表2：

測量結果:

表2

實驗標準偏差:

合并樣本標準差：

4）標準不確定度u（VX2）的評定

由被校表的分辨力引起的標準不確定度分量 u（VX2），由于被校表在200 kV點的分辨率為10V，所以其半寬為5V，因其屬均勻分布， 故：

由于 u（VX1）, u（VX2）相互獨立，因此：

3.5 標準不確定度一覽表（如表3）：

表3

3.6 合成標準不確定度：

3.7 擴展不確定度

由于標準不確定度分量自由度不能確切獲得，一般不對自由度進行估計，通常取包含因子k為2～3，現取k=2，置信概率約為95%

交流耐壓試驗設備的測量結果不確定度為：