0.5級直流高壓分壓器測量不確定度評定及驗證

張偉賢 吳蔚瀾 張海琦 劉儀

【摘要】基于直流高壓分壓器檢定相關(guān)規(guī)范，采用“差值法”對直流高壓分壓器分壓比進(jìn)行校準(zhǔn)，對分壓比校準(zhǔn)結(jié)果評定了測量不確定度，并采用“傳遞比較法”進(jìn)行了校準(zhǔn)結(jié)果的驗證。通過相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計算，提出相應(yīng)的技術(shù)分析建議，有助于提升0.5級直流高壓分壓器測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

【關(guān)鍵詞】直流高壓分壓器；差值法；不確定度分析；傳遞比較法

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.06.009

Evaluation and Verification of Measurement Uncertainty of 0.5 Level DC High-voltage Voltage Divider

ZHANG Weixian， WU Weilan， ZHANG Haiqi， LIU Yi

（Guangzhou Yueneng Power Technology Development Co.， Ltd.， Guangzhou 510000， China）

Abstract： Based on the relevant specifications for the verification of DC high-voltage voltage dividers， the "difference method" was used to calibrate the voltage ratio of DC high-voltage voltage dividers. The measurement uncertainty was evaluated for the calibration results， and the calibration results were verified using the "transfer comparison method". By calculating the relative standard uncertainty and proposing corresponding technical analysis suggestions， it is helpful to improve the accuracy of the measurement results of the 0.5 level DC high-voltage divider.

Key words： DC high-voltage voltage divider； difference method； uncertainty analysis； transfer comparison method

為確保實驗室直流高壓分壓器計量標(biāo)準(zhǔn)量值準(zhǔn)確可靠，提高計量檢定水平，實驗室校準(zhǔn)人員依據(jù)JJG 1007—2005《直流高壓分壓器》檢定規(guī)程，采用“差值法”對直流高壓分壓器分壓比進(jìn)行校準(zhǔn)，并對分壓比校準(zhǔn)結(jié)果測量不確定度進(jìn)行評定。

高壓直流分壓器是在高壓電氣系統(tǒng)中主要用于電壓參數(shù)測量的設(shè)備，對于維護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行具有重要的價值。科技的發(fā)展與進(jìn)步促進(jìn)了高壓直流分壓器在高壓電氣設(shè)備制造廠、變電站、發(fā)電廠及高電壓試驗室等領(lǐng)域有了較為廣泛的應(yīng)用。因此目前的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范對于0.5級直流高壓分壓器的準(zhǔn)確度有了較高的要求。直流高壓分壓器是用于測量直流高電壓的測量裝置，它可將被測直流高電壓按一定的比例轉(zhuǎn)換為可用于低壓直流電壓表直接測量的直流電壓，由高壓臂和低壓臂組成，高壓臂通常由多個電阻串聯(lián)組成，工作原理如圖1所示。

1.1校準(zhǔn)依據(jù)

高電壓分壓器是直流高電壓測量中經(jīng)常使用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。其最大的特點就是準(zhǔn)確度較高、重量較輕、體積較小、使用方便。根據(jù)不同的用途選用不同類型的高電壓分壓器，再配以適當(dāng)功能的低電壓測量儀表，幾乎可以完成全部直流高電壓測量的有關(guān)內(nèi)容。依據(jù)JJG 1007—2005《直流高壓分壓器》檢定規(guī)程，對于0.5級直流高壓分壓器的準(zhǔn)確度測定一般采用“差值法”進(jìn)行。

1.2計量標(biāo)準(zhǔn)器

計量標(biāo)準(zhǔn)器清單見表1。

1.3樣品

設(shè)備名稱：標(biāo)準(zhǔn)直流分壓器；型號：PD20；準(zhǔn)確度等級：0.5級。樣品圖示見圖2。

1.4測量方法

直流高壓分壓器是現(xiàn)場測量用的專用儀器儀表，整套設(shè)備由分壓器和測量儀表兩部分組成，主要用于現(xiàn)場直流高壓測量，是取代靜電電壓表的最佳直流高壓測量設(shè)備。分壓器采用平衡式等電位屏蔽結(jié)構(gòu)，在完全密封的絕緣筒內(nèi)部采用優(yōu)質(zhì)電子元件，使整個裝置具有測試準(zhǔn)確、線性好、性能穩(wěn)定的優(yōu)點。依據(jù)JJG 1007—2005《直流高壓分壓器》檢定規(guī)程中第6.3.4.2條“差值法”，測量原理如圖3所示。

1）被測樣品到達(dá)實驗室后，在（20±5）℃的恒溫條件下放置24 h以上才進(jìn)行測試；2）在連接之前，確保高壓接線端和測量端連接正確，并確保接地端可靠接地；3）在進(jìn)行校準(zhǔn)之前，儀器需要在2 kV下預(yù)熱2 min；4）測量時的工作電壓為20 kV，測量期間及時記錄實驗室的溫度、濕度等環(huán)境條件，測量得到樣品的分壓比。

3.1重復(fù)測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1

當(dāng)前，對于傳統(tǒng)高壓分壓器的校準(zhǔn)系統(tǒng)大多數(shù)是由數(shù)字多用表、標(biāo)準(zhǔn)高壓分壓器及高壓試驗電源等設(shè)備組成的。試驗時標(biāo)準(zhǔn)分壓器與被校分壓器的高壓側(cè)均接至試驗系統(tǒng)高壓電源，低壓側(cè)分別接至各自回路的數(shù)字多用表，高壓分壓器均需可靠接地。在重復(fù)性條件下，由被測直流高壓分壓器和標(biāo)準(zhǔn)直流高壓分壓器的測量重復(fù)性引起的不確定度分量u1，采用A類評定方法。

在重復(fù)性條件下各進(jìn)行10次獨立測量，分別測量出U0和ΔU測量數(shù)據(jù)，并由此計算得到每次測量的實測分壓比，見表2。

3.5其他影響因素

其他不確定度分量包括高電壓工作時的電暈影響、直流高壓標(biāo)準(zhǔn)分壓器分壓比的熱溫度系數(shù)、數(shù)字多用表接線熱電勢效應(yīng)、測量讀數(shù)四舍五入等，由于這些不確定度分量對測量結(jié)果的準(zhǔn)確性影響較小，在測量結(jié)果的不確定度評定時可忽略不計。

校準(zhǔn)結(jié)果的驗證一般通過更高一級的計量標(biāo)準(zhǔn)采用傳遞比較法進(jìn)行驗證。本實驗室將樣品送往某計量機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)所用計量標(biāo)準(zhǔn)器為0.01級的標(biāo)準(zhǔn)直流高壓分壓器，測量結(jié)果及擴(kuò)展不確定度見表5。

本次使用校準(zhǔn)方法為直接測量法，技術(shù)分析與建議如下：1）校準(zhǔn)時盡量采用差值法測量，可以減少直流電壓源電壓不穩(wěn)定造成的影響。2）標(biāo)準(zhǔn)高壓分壓器、被校分壓器及直流高壓發(fā)生器應(yīng)單點接地，可以更好地保護(hù)人員及設(shè)備安全。在低壓電路中，電壓不是很高，尤其是用作標(biāo)準(zhǔn)的信號源一般額定輸出電流也很小，因此，在工作中安全問題不是太突出。而在高電壓測量中情況卻要嚴(yán)重得多，如果對安全重視不夠，就可能會造成人員和設(shè)備的事故。3）被校直流高壓分壓器本體高壓端與標(biāo)準(zhǔn)直流分壓器高壓端的連接線與直流高壓發(fā)生器本體盡量成90°夾角，減少爬電造成的影響。4）二次儀表與數(shù)字多用表輸入阻抗應(yīng)匹配得當(dāng)，匹配不當(dāng)會造成測量結(jié)果出現(xiàn)大的偏離。

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【作者簡介】

張偉賢，男，1991年出生，學(xué)士，研究方向為高電壓計量技術(shù)。吳蔚瀾，男，1997年出生，學(xué)士，研究方向為高電壓計量技術(shù)。張海琦，男，2000年出生，學(xué)士，研究方向為高電壓計量技術(shù)。劉儀，女，1997年出生，學(xué)士，研究方向為計量管理。

（編輯：李加鵬）