互感器校驗儀校準結果的不確定度評定方法

姚 遠，趙天浩，楊智超，劉 罡，郝 新

(1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽 110006)

隨著電力事業的飛速發展，在電網系統中互感器的使用在大量增加，與此同時互感器校驗儀的應用也越來越多。互感器校驗儀是檢定電流互感器和電壓互感器的重要設備，互感器校驗儀的準確度及不確定度評定結果直接影響互感器在正常工作中的使用范圍。

檢定或校準結果的不確定度評定可以明確表示計量設備校準和測量能力，并且已經成為評定測量結果可靠性的重要指標之一。本文以測量重復性帶來的不確定度分量對互感器校驗儀校準結果的不確定度進行計算，以確保校準結果的可靠性。

1 互感器校驗儀的校準條件和校準模型

1.1 校準條件

根據JJG 169—2010 《互感器校驗儀》檢定規程和JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》技術規范[1-2]，互感器校驗儀全部校準項目應在溫度15～25 ℃，相對濕度≤75%的條件下進行。在試驗中使用的設備如表1所示。

表1 試驗中設備的技術參數

1.2 校準模型

本校準方法采用同相分量示值誤差與正交分量示值誤差分別檢定的方法。以互感器校驗儀整體檢定裝置為輸出標準電源，用絞合導線將輸出信號送入被檢校驗儀的工作回路和差壓回路，選取測量回路的某一量程作為全檢量程，其余量程和其他回路的所有量程只在上限的100%、10%及與全量程最大正負誤差相對應的檢定點上進行檢定[1]。本文中選取電流回路5 A,100%In作為基本測量點進行測試。 其校準結果表示如下：

ΔyX=yX-yN

式中：yX為被檢校驗儀的實際值；yN為標準裝置的示值。

2 互感器校驗儀校準結果標準不確定度來源

由JJG 169—2010《互感器校驗儀》檢定規程可以了解影響校準結果的因素眾多，但部分影響因素的不確定度分量較小[3]，所以在本文中暫時不予考慮。

互感器校驗儀在校準過程中的標準不確定度ui的來源主要包括以下4個方面：

a.在重復性條件下由被測互感器校驗儀測量不重復性引起的不確定度分量uA；

b.互感器校驗儀整檢裝置產生的誤差影響引起的不確定度分量u1；

c.互感器校驗儀檢定裝置周期內誤差的變化引起的不確定度分量u2；

d.被檢互感器校驗儀負荷及分辨率等引起的不確定度分量u3。

3 標準不確定度的評定及分析

3.1 測量重復性引入的標準不確定度分量uA

標準不確定度A類評定可根據連續測量得到的數值進行評定，本次評定選用電流回路5 A、100%In作為檢定點，在標準工作條件下重復對互感器校驗儀的同相分量和正交分量進行10次測量[4]，計算單次測量結果的標準偏差s。測量數據如表2所示。

表2 2級互感器校驗儀10次誤差測量數據

同相分量：

正交分量：

標準不確定度A類分量：

同相分量：

正交分量：

3.2 B類測量不確定度分量的分析計算

(1)

ΔX=±K(X·a%+Y·a%+Dx)

(2)

ΔY=±K(X·a%+Y·a%+Dy)

(3)

式中：ΔX為同相分量基本誤差允許值；ΔY為正交分量基本誤差允許值；K為儀器常數；X為同相測量盤示值的絕對值；Y為正交測量盤示值的絕對值；DX、DY為測量盤最小分度值或量化值(且規程規定DX=0.1RKa%,RK為量程滿度值)；a為校驗儀準確度等級指數。

當In=5 A，由表2中可以看出測得值X=0.411 5%，Y=0.435 11′。由式(2)、式(3)求得互感器校驗儀的基本誤差限為ΔX=0.021%，ΔY=0.22′。

不確定度分量為

(4)

由式(1)、式(2)求得基本誤差限。

不確定度分量為

(5)

由式(1)、式(2)求得基本誤差限。

不確定度分量為

4 合成標準不確定度的評定

合成標準不確定度是由各標準不確定度分量合成得到的[7]，標準不確定度分量匯總表如表3所示。

表3 測量不確定度分量匯總表(In=5 A，100%In)

互感器校驗儀誤差測量為簡單直接測量，全部輸入量是彼此獨立的，則合成標準不確定度按下式進行計算：

(6)

5 擴展不確定度的評定

擴展不確定度是測量結果的取值區間半寬度，可期望該區間包含了被測量值分布的大部分。按照JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》規范建議，擴展不確定度U按U=kuc(y)計算,在包含因子k=2(置信概率p=95.45%)的條件下，得到的擴展不確定度如表4所示 。

表4 擴展不確定度匯總表

6 標準不確定度結果的驗證

為了檢驗該互感器校驗儀的校準結果不確定度，將其送至上級計量檢定機構進行溯源[8]。將兩者相同檢定點的校準結果一一比對，結果如表5所示。

表5 互感器校驗儀校準結果比對后數據

比對結果表明該互感器校驗儀的標準不確定度評定符合要求。

7 結束語

本文介紹了互感器校驗儀校準結果的標準不確定度評定方法，梳理了在評定過程中的計算過程，也考慮了易在評定中容易產生影響的不確定度分量來源。結合實際工作情況，盡可能做到全面合理。