超低頻高壓發(fā)生器的校準方法及不確定度評定

劉曉琴 呂東瑞

摘 ?要：介紹了超低頻高壓發(fā)生器及用途，參考DL/T 849.4-2004《電力設備專用測試儀器通用技術條件第4部分：超低頻高壓發(fā)生器》的技術要求，同時結合多家電力儀器設備生產商生產的超低頻高壓發(fā)生器的功能及技術參數(shù)，提出了超低頻高壓發(fā)生器的計量性能及項目，設計出了超低頻高壓發(fā)生器的校準方法，并對峰值電壓的測量結果的不確定度進行了評定。

關鍵詞：超低頻高壓發(fā)生器;計量特性;校準項目;校準方法;不確定度

中圖分類號：TM935.3 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）13-0049-03

Calibration Method and Uncertainty Evaluation of

Ultra-Low Frequency High Voltage Generator

LIU Xiaoqin，LV Dongrui

（Guangzhou GRG Metrology & Test Co.，Ltd.，Guangzhou ?510656，China）

Abstract：This paper introduces the ultra-low frequency high voltage generator and its application. Refer to the technical requirements of DL/T 849.4-2004 “General Technical Conditions for Power Equipment Special Test Equipment Part 4 Ultra Low Frequency High Voltage Generator”，at the same time，combined with the functions and technical parameters of ultra-low frequency and high voltage generator produced by several power instrument and equipment manufacturers，the measurement performance and project of the ultra-low frequency high-voltage generator are proposed，and the calibration method of the ultra-low frequency high-voltage generator is designed，and the uncertainty of the measurement results of peak voltage is evaluated.

Keywords：ultra-low frequency high voltage generator;metering characteristics;calibration project;calibration method;uncertainty

0 ?引 ?言

超低頻高壓發(fā)生器，是輸出電壓的頻率小于等于1Hz，輸出電壓的波形為正弦波或余弦方波的高壓電源發(fā)生裝置，主要用于對（地埋）電力電纜進行耐壓試驗（預防性試驗），即檢查電力電纜的絕緣狀況的試驗設備。電力電纜的可靠絕緣是保證供電可靠性的重要措施之一。但目前我國還沒有超低頻高壓發(fā)生器的檢定規(guī)程或校準規(guī)范，故很多計量機構在開展此項目時，沒有檢定規(guī)程/校準規(guī)范可依據(jù)，存在校準方法不正確、校準參數(shù)不全等情況，不能對被校超低頻高壓發(fā)生器的其量值進行有效的溯源。

1 ?范圍

本校準方法適用于超低頻高壓發(fā)生器的校準。

2 ?引用文件

DL/T 849.4-2004《電力設備專用測試儀器通用技術條件第4部分：超低頻高壓發(fā)生器》

凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本方法;凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本方法。

3 ?術語及計量單位

3.1 ?超低頻高壓發(fā)生器（very low frequency high-voltage generator）

輸出電壓頻率小于或者等于1Hz，輸出電壓的波形為正弦波或者余弦方波的高壓電源發(fā)生裝置。

3.2 ?額定輸出電壓（rated output voltage）

超低頻高壓發(fā)生器的輸出標稱峰值電壓。

3.3 ?額定頻率（rated output frequency）

超低頻高壓發(fā)生器的標稱頻率，它可以是一個單一頻率，也可以是可調的多個頻率。

4 ?超低頻高壓發(fā)生器簡介

超低頻高壓發(fā)生器，主要用于對電容性被試品（如電力電纜、大中型發(fā)電機、電動機和電力電容器等）進行超低頻交流高壓試驗。裝置一般由升壓器和控制箱兩部分組成。常見的超低頻高壓發(fā)生器其額定頻率為0.1Hz、0.05Hz、0.02Hz等。

5 ?計量特性

5.1 ?輸出電壓峰值誤差及穩(wěn)定度

范圍：（1～100）kV，最大允許誤差：±3%;輸出電壓穩(wěn)定度小于1%。

5.2 ?輸出電壓頻率誤差及穩(wěn)定度

范圍：（0.01～1）Hz，或固定頻率點：0.02Hz、0.05Hz、0.1Hz等，最大允許誤差：±3%;輸出電壓頻率穩(wěn)定度小于3%。

5.3 ?輸出正弦電壓的波形畸變率

波形畸變率小于5%。

5.4 ?輸出余弦方波電壓的極性轉換時間

極性轉換時間不大于10ms。

5.5 ?輸出電壓正/負半周周期對稱性

正/負半周周期的絕對誤差小于0.5s;正/負半波峰值偏差小于5%。

注：具體計量特性，可參照被校超低頻高壓發(fā)生器的要求。以上要求不適用于合格性判別。

6 ?校準項目及校準方法

6.1 ?校準條件

6.1.1 ?環(huán)境條件

溫度：（20±5）℃;相對濕度：≤80%;電源電壓：220V（1±10%），或380V（1±10%）;電源頻率：50Hz（1±5%）。

6.1.2 ?測量標準及輔助設備

（1）標準分壓器（1Hz），0.5級;

（2）標準數(shù)字電壓表，0.1級;

（3）示波器。

6.2 ?校準項目和校準方法

6.2.1 ?輸出電壓示值誤差校準

接線如圖1所示，連接被校超低頻高壓發(fā)生器、標準分壓器和標準峰值電壓表（或示波器），在額定頻率（有多個工作頻率的超低頻高壓發(fā)生器，應分別在每個頻率下進行校準）下，調節(jié)超低頻高壓發(fā)生器輸出電壓至額定電壓的20%、60%、80%、100%，在電壓上升和下降階段中，分別讀取峰值電壓表讀數(shù)，取平均值作為電壓標準值，則輸出電壓示值誤差等于被校高壓發(fā)生器電壓示值減去電壓標準值。

6.2.2 ?輸出電壓短期穩(wěn)定性的校準

接線如圖1所示，調節(jié)超低頻高壓發(fā)生器輸出電壓至額定電壓，在60min內或被校高壓發(fā)生器說明書規(guī)定的時間間隔內，按一定的時間間隔記錄輸出峰值電壓Vi，并從所有的測量值Vi中選取最大值和最小值，則短期穩(wěn)定性Sev按式（1）計算：

6.2.3 ?輸出電壓頻率誤差的校準

接線如圖1所示。調節(jié)超低頻高壓發(fā)生器輸出電壓至額定電壓，用標準電壓表的頻率測量功能測量輸出電壓的頻率值。有多個工作頻率的超低頻高壓發(fā)生器，應對每個頻率都進行校準。

6.2.4 ?輸出電壓頻率短期穩(wěn)定性校準

接線如圖1所示，調節(jié)超低頻高壓發(fā)生器輸出電壓至額定電壓，在60min內或被校高壓發(fā)生器說明書規(guī)定的時間間隔內，記錄輸出電壓頻率值的最大變化量，短期穩(wěn)定性按式（1）計算。

6.2.5 ?輸出正弦波電壓的波形畸變率

對輸出電壓為正弦波的超低頻高壓發(fā)生器，測量其輸出電壓波形畸變率。接線如圖1所示。在額定頻率下，調節(jié)輸出電壓逐步上升至30%、50%、80%和100%的額定值，分別測量其峰值和有效值，則波形畸變率r按式（2）計算：

6.2.6 ?輸出余弦方波電壓的極性轉換時間

對輸出電壓為余弦方波的超低頻高壓發(fā)生器，測量其輸出電壓極性轉換時間。接線如圖2所示。在額定頻率下，調節(jié)輸出電壓逐步上升至30%、50%、80%和100%的額定值，用示波器記錄器輸出電壓波形，分別測量從正峰值的90%至負峰值的90%及負峰值的90%至正峰值的90%的極性轉換時間。

6.2.7 ?輸出電壓正/負半周周期對稱性

接線如圖2所示。在額定頻率下，調節(jié)輸出電壓逐步上升至30%、50%、80%和100%的額定值，用示波器記錄器輸出電壓波形，分別測量輸出電壓正、負半周的周期，和正、負半波的峰值，計算正/負半周周期誤差和正/負半波峰值偏差。

7 ?校準結果

校準結果均應在校準證書上反映。校準證書應至少包括標題、校準方的名稱和地址、客戶的名稱和地址、校準日期、校準所用測量標準的溯源性及有效性說明、校準結果及其測量不確定度的說明、校準環(huán)境等JJF1071-2010《國家計量校準規(guī)范編寫規(guī)則》5.12所要求的內容。

8 ?復校時間間隔

建議復校時間間隔為1年。由于復校時間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質量等諸多因素多決定的，因此，送校單位可根據(jù)實際儀器使用情況自行決定復校時間間隔。

9 ?測量結果的不確定度評定

9.1 ?測量方法

校準接線如圖1所示，連接被校超低頻高壓發(fā)生器、標準分壓器和標準電壓表，調節(jié)超低頻高壓發(fā)生器的輸出電壓至校準點，記錄標準電壓表的示值。

9.2 ?測量模型

9.4 ?標準不確定度評定

不確定度來源主要為被測設備的測量重復性、所用標準器的允差，以及環(huán)境條件的影響等。因校準時嚴格按照規(guī)程要求的環(huán)境條件進行，故其引入的標準不確定度分量可以忽略不計。

9.4.1 ?由測量重復性引入的標準不確定度uA

被校實驗裝置輸出電壓10kV，用校準裝置進行10次重復測量結果如表1所示。

9.4.2 ?標準分壓器引入的標準不確定度分量uB1

由標準分壓器技術指標得知其最大允許誤差為±0.5%，設其服從均勻分布，取包含因子為k=，由計算公式uB1= a/，標準不確定度uB1=0.29%。

9.4.3 ?標準電壓表引入的標準不確定度分量uB2

由標準電壓表技術指標得知其最大允許誤差為±0.1%，設其服從均勻分布，取包含因子為k=，由計算公式uB1= a/，標準不確定度uB1=0.058%。

9.5 ?合成不確定度計算

通過以上分析得知，其不確度分量有uA、uB1、uB2等項，且各項互不相關，其相對合成不確定度：uc== 0.30%。

9.6 ?擴展不確定度

取k=2，則相對擴展不確定度Urel=kuc=0.6%。

10 ?結 ?論

本文參考DL/T 849.4-2004《電力設備專用測試儀器通用技術條件第4部分：超低頻高壓發(fā)生器》的技術要求，同時結合多家電力儀器設備生產商生產的超低頻高壓發(fā)生器的功能及技術參數(shù)，設計出了超低頻高壓發(fā)生器的校準方法，并通過大量的試驗驗證了方法的可行性，可以為超低頻高壓發(fā)生器校準規(guī)范的編寫提供參考。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.DL/T 849.4-2004 電力設備專用測試儀器通用技術條件第4部分：超低頻高壓發(fā)生器 [S].北京：中國電力出版社，2004.

[2] 國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJG 795-2016 耐電壓測試儀檢定規(guī)程 [S].北京：中國質檢出版社，2016.

[3] 國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJF 1597-2016 直流穩(wěn)定電源校準規(guī)范 [S].北京：中國質檢出版社，2016.

[4] 國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJF 1059.1-2012 測量不確定度評定與表示 [S].北京：中國質檢出版社，2012.

[5] 國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJF 1071-2010 國家計量校準規(guī)范編寫規(guī)則 [S].北京：中國質檢出版社，2010.

作者簡介：劉曉琴（1984-），女，漢族，重慶長壽人，科研經理，本科，研究方向：無線電、時間頻率、光電子測量儀器的校準和測試。