高壓靜電除塵用整流變壓器效率測量結果不確定度的評定

張濤

(龍巖市產品質量檢驗所,福建 龍巖 364000)

1 概述

根據中國合格評定國家認可委員會(CNAS)最新發布的CNAS-CL01:2018《檢測和校準實驗室能力認可準則》[1]中針對不確定度的有關規定中明確指出：檢測實驗室需評定測量不確定度；實驗室應當使用適當的方法進行測量不確定度的評定工作；當出現測量不確定度與檢測結果有效性或應用有關,或客戶有明確要求檢測結果需包含測量不確定度,或檢測量的測量不確定度有可能會影響規范限值的符合性這幾種情況時,檢測報告中還應包含有與檢測量單位一致或百分比等其他相對形式的測量不確定度。

不確定度是衡量測量結果質量的一個重要指標,其主要體現了測量者對測量值認知能力的不足,測量不確定度的值越小,則表示測量的結果越接近真實值,檢驗水平越高,測量結果的使用價值也越高,反之則越低。在我國,各種工業用除塵設備中,高壓靜電除塵由于除塵效率高,使用靈活等優點始終占據主導地位,而高壓整流變壓器是靜電除塵設備電源的最關鍵部分,因此,對這類高壓靜電除塵用整流變壓器效率的測量不確定度進行準確、系統的評估,在實際使用過程中是非常有必要的[2-6]。

2 測量方法概述

2.1 測量方法和原理

對于高壓靜電除塵用整流變壓器的效率測量主要依據西安電力電子技術研究所發布的機械行業標準JB/T 5845-1991《高壓靜電除塵用整流設備實驗方法》進行[7],該試驗的電路如圖1 所示：

圖1 高壓靜電除塵用整流設備試驗電路圖

如上圖所示,K1 為電源柜熔斷器式隔離開關,K2 為高壓隔離開關,A1 為交流電流表,A2 為直流電流表,V1 為交流電壓表,V2為直流電壓表,W1 為功率表,CT為電流互感器,RH為阻性負載。通常來說試驗過程中需要用模擬電廠進行試驗,如無法滿足建立模擬電廠實驗條件的情況下,可以使用相同大小的阻性負載替代模擬電廠進行試驗。依據試驗標準,此時需要用有效效率(即效率與功率因素的乘積)ηd≥0.64 來驗證測量結果。在進行該項試驗時,設備需同時滿足輸出直流電流應為額定值和輸出直流電壓不應小于額定值的80%兩個條件。

2.2 試驗過程簡述

本文試驗在龍巖市產品質量檢驗所中額定電流為0.02～3.6A的模擬電廠(不帶煙氣)條件下進行試驗。利用TPCS- 變壓器性能試驗測控系統(高壓硅整流設備性能測試臺),按照標準JB/T 5845-1991[7]進行試驗,試驗時設備盡可能接近額定輸出狀態,測量整流變壓器直流輸出端輸出電流,輸出電壓及輸入有功功率。試驗時環境溫度為24℃,相對濕度48%。

3 不確定度評估模型

根據變壓器設備效率計算公式

其中：η 表示設備效率,Pd表示直流輸出功率(kW),ud表示直流輸出電壓(kV),id表示直流輸出電流(A),P1表示輸入有功功率(kW)。

4 不確定度來源分析

測量不確定度通常由多個分量組成,評定時需要考慮測量模型和模型的傳播規律,分為A 類評定和B 類評定。其中A 類評定是在重復測量的基礎上,通過統計分析的方法來對不確定度進行評定；B類評定是非統計分析的評定方法,一般是通過試驗或其他信息確定被測值的變化范圍,進行科學判斷變化可能的分布來進行評定[8]。根據變壓器設備效率計算公式及第2 章所述試驗條件可以看出高壓靜電除塵用整流變壓器效率測量的不確定度來源主要有以下4 個方面,且這4 個不確定度來源均不相關。本試驗研究的不確定度來源及其評定方法如表1 所示。

表1 不確定度來源及評定方法

5 不確定度分量的計算和評定

5.1 不確定度分量的計算

5.1.1 重復測量引入的標準不確定度u1

在相同條件下(包括測量程序,測量人員,測量地點,測量環境等),根據標準JB/T 5845-1991,對某高壓靜電除塵用整流變壓器的直流輸出電壓、直流輸出電流和輸入有功功率值進行連續測量5次,則可以認為是重復測定同一試樣,測量結果如表2 所示。

表2 變壓器測量值

本次試驗中進行5 次重復測量,但實際檢測中只進行一次,根據Bessel 公式：

其中置信水平95%,由重復測量引入的標準不確定度為：u1=s1=0.0161,自由度v1=n-1=4。本次試驗所用數據以第一次測量為準,ud=60.5kV,id=1.78A,P1=128.3kW,η=83.94%。

5.1.2 直流輸出電壓測量引入的標準不確定度u2

5.1.3 直流輸出電流測量引入的標準不確定度u3

5.1.4 輸入有功功率測量引入的標準不確定度u4

5.2 不確定度分量的合成

5.2.1 方差和傳播系數

由于本試驗中各影響因子間的相關系數均為0,則依據公式：

得：

其中傳播系數：

5.2.2 合成標準不確定度

各不確定度分量及其傳播系數和自由度如表3 所示。

表3 標準不確定度一覽表

計算得u2c=4.66×10-4,uc=0.0216=2.16%。

5.2.3 有效自由度及包含因子

查詢t 分布臨界值表得到臨界值包含因子：

5.2.4 擴展不確定度的計算

按照合成標準不確定度uc=2.16%,置信水準p=0.95,自由度v=13,最終得到高壓靜電除塵用整流變壓器效率測量的擴展不確定度為：Up=kp×uc=2.16×2.16%=4.67%。

6 結論

本文介紹了高壓靜電除塵用整流變壓器效率測量的常用方法,闡述高壓靜電除塵用整流變壓器效率測量不確定度產生的各種因素,并且對測量系統造成的效率測量的不確定度進行了計算和分析。本文對不同容量的控制電源及其整機性能的相關檢驗有一定的借鑒作用,并且這類不確定度的分析有助于相關實驗室合理評估自身的檢驗能力,準確評判所檢驗樣品的結果,為市場監督管理系統的監督抽查,仲裁判定提供可靠的數據支持,從而盡可能減少或者避免對所檢樣品的誤判,為解決試驗糾紛提供有力支持。