0.5级直流高压分压器测量不确定度评定及验证.pdf

27张伟贤等：0.5 级直流高压分压器测量不确定度评定及验证|计量检定0.5级直流高压分压器测量不确定度评定及验证张伟贤，吴蔚澜，张海琦，刘仪（广州粤能电力科技开发有限公司，广东广州5 10 0 0 0）【摘要】基于直流高压分压器检定相关规范，采用“差值法”对直流高压分压器分压比进行校准，对分压比校准结果评定了测量不确定度，并采用“传递比较法”进行了校准结果的验证。通过相对标准不确定度的计算，提出相应的技术分析建议，有助于提升0.5 级直流高压分压器测量结果的准确性。【关键词】直流高压分压器；差值法；不确定度分析；传递比较法【D O 1编码】10.3 9 6 9/j.issn.1674-4977.2023.06.009Evaluation and Verification ofMeasurement Uncertainty of 0.5 Level DC High-voltage Voltage DividerZHANG 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 wasused to calibrate the voltage ratio of DC high-voltage voltage dividers.The measurement uncertainty was evaluated for the calibrationresults,and the calibration results were verified using the transfer comparison method.By calculating the relative standard uncertaintyand proposing corresponding technical analysis suggestions,it is helpful to improve the accuracy of the measurement results of the 0.5level DC high-voltagedivider.Key words:DC high-voltage voltage divider;difference method;uncertainty analysis;transfer comparison method0引言为确保实验室直流高压分压器计量标准量值准确可靠，提高计量检定水平，实验室校准人员依据JJG10072005直流高压分压器检定规程，采用“差值法”对直流高压分压器分压比进行校准，并对分压比校准结果测量不确定度进行评定。1概述及校准依据高压直流分压器是在高压电气系统中主要用于电压参数测量的设备，对于维护电力系统稳定运行具有重要的价值。科技的发展与进步促进了高压直流分压器在高压电气设备制造厂、变电站、发电厂及高电压试验室等领域有了较为广泛的应用。因此目前的行业标准及规范对于0.5 级直流高压分压器的准确度有了较高的要求。直流高压分压器是用于测量直流高电压的测量装置，它可将被测直流高电压按一定的比例转换为可用于低压直流电压表直接测量的直流电压，由高压臂和低压臂组成，高压臂通常由多个电阻串联组成，工作原理如图1所示。图1直流高压分压器工作原理图1.1校准依据高电压分压器是直流高电压测量中经常使用的标准设备之一。其最大的特点就是准确度较高、重量较轻、体积较小、使用方便。根据不同的用途选用不同类型的高电压分压器，再配以适当功能的低电压测量仪表，几乎可以完成全部直流高电压测量的有关内容。依据JJG10072005直流高压分压器检定规程，对于0.5 级直流高压分压器的准确度测定一般采用“差值法”进行。1.2计量标准器计量标准器清单见表1。28BRAND&STANDARDIZATION品牌与标准化2023年第6 期表1计量标准器清单设备名称型号准确度等级精密直流分压器NRPD0.1级数字多用表34401A(0.0035%rdg+0.0005%fs)1.3样品设备名称：标准直流分压器；型号：PD20；准确度等级：0.5级。样品图示见图2。图2样品图示1.4测量方法直流高压分压器是现场测量用的专用仪器仪表，整套设备由分压器和测量仪表两部分组成，主要用于现场直流高压测量，是取代静电电压表的最佳直流高压测量设备。分压器采用平衡式等电位屏蔽结构，在完全密封的绝缘筒内部采用优质电子元件，使整个装置具有测试准确、线性好、性能稳定的优点。依据JJG10072005直流高压分压器检定规程中第6.3.4.2 条“差值法”，测量原理如图3 所示。AU7777B一直流高压电源及调压控制和保护装备：F。一标准直流高压分压器：F一被检直流商压分压器：AU一测差仪：V。一直流数字电压表。图3采用差值法校准直流高压分压器的原理图1)被测样品到达实验室后，在（2 0 5）C的恒温条件下放置2 4 h以上才进行测试；2)在连接之前，确保高压接线端和测量端连接正确，并确保接地端可靠接地；3)在进行校准之前，仪器需要在2 kV下预热2 min；4)测量时的工作电压为2 0kV，测量期间及时记录实验室的温度、湿度等环境条件，测量得到样品的分压比2数学模型被检直流高压分压器的分压比计算公式为：AUK,=Ko(1U。式中，K.为被检直流高压分压器的实测分压比；K。为标准直流高压分压器的标称分压比；U。为标准直流高压分压器输出电压；公U为差值电压3相对标准不确定度3.1重复测量引入的标准不确定度分量ul当前，对于传统高压分压器的校准系统大多数是由数字多用表、标准高压分压器及高压试验电源等设备组成的。试验时标准分压器与被校分压器的高压侧均接至试验系统高压电源，低压侧分别接至各自回路的数字多用表，高压分压器均需可靠接地。在重复性条件下，由被测直流高压分压器和标准直流高压分压器的测量重复性引起的不确定度分量ul，采用A类评定方法。在重复性条件下各进行10 次独立测量，分别测量出U。和U测量数据，并由此计算得到每次测量的实测分压比，见表2。表2测量数据记录表测量次数KU。AU110000.3149-2.006750.0632210000.3767-2.006810.0756310000.3309-2.00680.0664410000.2671-2.006730.0536510000.3782-2.006790.0759610000.4255-2.006960.0854710000.3682-2.006910.0739810000.3373-2.007050.0677910000.4255-2.007090.08541010000.3149-2.006890.0632平均值10000.35393-2.006880.07103由贝塞尔公式，计算得到实验标准偏差为：2(x-x)=0.047911S=n一则：S0.04791=0.00048%K.10000.353933.2由标准直流分压器准确度引入的标准不确定度分量u2该不确定度分量主要来源于标准直流高压分压器。标准直流高压分压器经法定计量机构检定合格，在（0 2 0 0）kV的最大允许示值误差为土0.1%，在区间内可认为服从均匀分布，包含因子k=V3，则：0.1%2=0.05800%V33.3数字多用表准确度引入的标准不确定度u3该不确定度分量主要来源于数字多用表引人的不确定度分项，数字多用表的不确定度由溯源校准证书给出。数字多29（编辑：李加鹏）张伟贤等：0.5 级直流高压分压器测量不确定度评定及验证|计量检定用表溯源证书上说明在10 V量程、测量点为2 V时的相对扩展不确定为0.0 0 13%，包含因子k=2,则由数字多用表准确度引人的不确定度为：0.0013%u3=0.00065%23.4直流高压电源的稳定性引入的不确定度分量u4按JJG10072005第6.1.2.1规定，由直流高压电源稳定性引起的误差应小于被检直流高压分压器允许误差的1/10，在此区间服从均匀分布，k=V3，则：0.5%/10U4=0.02880%V33.5其他影响因素其他不确定度分量包括高电压工作时的电晕影响、直流高压标准分压器分压比的热温度系数、数字多用表接线热电势效应、测量读数四舍五人等，由于这些不确定度分量对测量结果的准确性影响较小，在测量结果的不确定度评定时可忽略不计。4合成标准不确定度汇总上述的不确定度分量，见表3。表3相对标准不确定度分量表相对标准不确定度相对标准不确定度分不确定度来源分量量值ui测量重复性0.00048%U2标准直流分压器准确度0.05800%U3数字多用表准确度0.00065%u4直流高压电源稳定性0.02880%由于各个分量不相关，所以：Uerel=Vui+u2+ui+ui=0.0647%5相对扩展不确定度取包含因子k=2，相对扩展不确定度Urel为：Urel=k*ucrel=2 0.0647%=0.13%6校准结果的表示综上所述，0.5 级直流高压分压器校准结果见表4。表4校准结果表被检直流高分压比相对扩展不压分压器准校准电压实测值确定度Uel确度等级0.5级20kV10000.350.13%27校准结果验证校准结果的验证一般通过更高一级的计量标准采用传递比较法进行验证。本实验室将样品送往某计量机构，该机构所用计量标准器为0.0 1级的标准直流高压分压器，测量结果及扩展不确定度见表5。表5校准结果验证表本实验室高一级计量机构扩展不确定扩展不确定包含因子K测量结果y仙测量结果yrf度U度Uref10000131000532将表5 的数据代人|ylb-ym|VUb+Ur可知，本次校准结果验证数据满足公式要求，证明本次校准结果合理。8技术分析及建议本次使用校准方法为直接测量法，技术分析与建议如下：1)校准时尽量采用差值法测量，可以减少直流电压源电压不稳定造成的影响。2)标准高压分压器、被校分压器及直流高压发生器应单点接地，可以更好地保护人员及设备安全。在低压电路中，电压不是很高，尤其是用作标准的信号源一般额定输出电流也很小，因此，在工作中安全问题不是太突出。而在高电压测量中情况却要严重得多，如果对安全重视不够，就可能会造成人员和设备的事故。3)被校直流高压分压器本体高压端与标准直流分压器高压端的连接线与直流高压发生器本体尽量成9 0 夹角，减少爬电造成的影响。4)二次仪表与数字多用表输入阻抗应匹配得当，匹配不当会造成测量结果出现大的偏离。品【参考文献】1 梁建瑜.高压直流分压器内部故障对电压测量的影响J.电工技术，2 0 19(5）：12 7-12 9.2张煌辉，林飞鹏，邵海明，等，直流高压电阻分压器泄漏电流测量研究J.计量学报，2 0 18,3 9(1)：8 3-8 8.3 毛艳，李庆峰，李毅，等.10 0 0 kV直流高压分压器的比对与不确定度评定J.电网技术,2 0 12,3 6(7)：3 8-4 2.【作者简介】张伟贤，男，19 9 1年出生，学士，研究方向为高电压计量技术。吴蔚澜，男，19 9 7 年出生，学士，研究方向为高电压计量技术。张海琦，男，2 0 0 0 年出生，学士，研究方向为高电压计量技术。刘仪，女，19 9 7 年出生，学士，研究方向为计量管理