劉 罡，劉 晨，尚 瑩，劉 璐，王江波

(1. 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2. 中廣核研究院有限公司北京分公司，北京 100086)

工頻電流比例標(biāo)準(zhǔn)互校線路分析及5A/5A檔位不確定度評定

劉 罡1，劉 晨1，尚 瑩1，劉 璐1，王江波2

(1. 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2. 中廣核研究院有限公司北京分公司，北京 100086)

互校線路是工頻電流比例標(biāo)準(zhǔn)裝置的基礎(chǔ)，文中對工頻電流比例標(biāo)準(zhǔn)互校線路進(jìn)行了分析和試驗(yàn)，對5 A/5 A檔位的不確定度進(jìn)行了評定，并對5 A/5 A檔位的最佳估計(jì)值以及置信區(qū)間進(jìn)行了判斷，最佳估計(jì)值和置信區(qū)間對加法線路、β線路、乘法線路和除法線路提供了判斷依據(jù)。

互校線路；工頻電流比例標(biāo)準(zhǔn)；不確定度；最佳估計(jì)值

工頻電流比例標(biāo)準(zhǔn)裝置主要由自校線路、互校線路、加法線路、β線路、乘法線路和除法線路組成。其中，自校線路和互校線路作為整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，對后續(xù)線路的誤差積累起著至關(guān)重要的作用，其校準(zhǔn)不確定度的評定亦應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)考慮[1]。同時(shí)，工頻電流比例標(biāo)準(zhǔn)初始電流比5 A/5 A的誤差亦由自校線路誤差和互校線路誤差合成。本文重點(diǎn)對2臺(tái)最高標(biāo)準(zhǔn)電流比較儀互校線路進(jìn)行了分析，并對5 A/5 A綜合不確定度進(jìn)行評定。

1 互校線路

2臺(tái)最高標(biāo)準(zhǔn)空載電流比較儀互校線路如圖1所示，HEG1為互感器校驗(yàn)儀，To為標(biāo)準(zhǔn)電流比較儀，Tx為被檢電流比較儀，Toa為To的外附輔助電流互感器，Txa為Tx的外附輔助電流互感器，ZF為調(diào)零箱。采用比較儀雙調(diào)零線路，首先分別用電流源仿真負(fù)荷調(diào)零箱進(jìn)行調(diào)零,將互感器校驗(yàn)儀置于“調(diào)零”檔位，調(diào)零比較儀達(dá)到零磁通。然后將互感器校驗(yàn)儀調(diào)為“比較儀”檔位，進(jìn)行電流比較儀互校線路的誤差測量，此時(shí)測得被檢Tx相對于標(biāo)準(zhǔn)To的互校誤差εh,標(biāo)準(zhǔn)電流比較儀自校線路的誤差為ε0。被檢Tx的合成誤差為

εx=εh+ε0

(1)

圖1 電流比較儀互校線路

2 測量條件和測量數(shù)據(jù)

測量依據(jù)JJF1068—2000《工頻電流比例標(biāo)準(zhǔn)裝置》，采用型號為BLT2751、準(zhǔn)確度等級為0.000 02級的電流比較儀作為標(biāo)準(zhǔn)電流比較儀，采用型號為BLT1643、準(zhǔn)確度等級為0.000 1級(50 A以下檔位為0.000 02級)的電流比較儀作為被檢電流比較儀，使用型號為HGE1的電工式互感器校驗(yàn)儀測量誤差數(shù)據(jù)。在環(huán)境溫度為23 ℃，相對濕度小于80%的測量條件下，對功率因數(shù)為1.0、二次負(fù)荷為0 VA的5 A/5 A(100%In)檔位進(jìn)行10次重復(fù)性測量(每次測量均重復(fù)接線)，得到比值誤差、相位誤差的10次測量結(jié)果如表1所示[2-3]。

表1 5 A/5 A(100%In)檔位的10次測量結(jié)果

3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度來源與評定

依據(jù)JJF1068—2000《工頻電流比例標(biāo)準(zhǔn)裝置》以及測量實(shí)際情況，5 A/5 A檔位的合成不確定度來源主要有5 A/5 A自校線路測量重復(fù)性(A類)、5 A/5 A互校線路測量重復(fù)性(A類)、比較儀調(diào)零裝置引入(B類)、誤差測量裝置引入(B類)及環(huán)境電測干擾引入(B類)。由于比較儀調(diào)零裝置引入和誤差測量引入的誤差應(yīng)不大于標(biāo)準(zhǔn)器允許誤差的1/10，環(huán)境電測干擾引入的誤差應(yīng)不大于標(biāo)準(zhǔn)器允許誤差的1/6。對于工頻電流比例標(biāo)準(zhǔn)裝置而言，A類不確定度分量應(yīng)占主導(dǎo)地位，故將B類不確定度分量忽略，只考慮環(huán)境電磁干擾引入的不確定度分量。綜上，5 A/5 A檔位的合成不確定度主要由以下3部分組成：5 A/5 A自校線路測量重復(fù)性引入的A類不確定度分量u(x1);5 A/5 A互校線路測量重復(fù)性引入的A類不確定度分量u(x2);環(huán)境電磁干擾引入的B類不確定度分量u(x3)。

3.1 自校線路測量重復(fù)性

本文直接給出：比值誤差u(x1)=0.03×10-7；相位誤差u(x1)=0.06×10-7rad。

3.2 互校線路測量重復(fù)性

由貝塞爾公式計(jì)算10次測量數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=10)：

(2)

由式(2)算得比值誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差s=0.103×10-7，相位誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差s=0.134×10-7rad。

由于每次獨(dú)立測量測得上升值、下降值2次數(shù)據(jù)，故A類不確定度的計(jì)算公式為

(3)

由式(3)可算得A類不確定度的比值誤差u(x2)為0.073×10-7，相位誤差u(x2)為0.095×10-7rad。

3.3 環(huán)境電磁干擾

4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度即測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，由各不確定度分量合成得到。認(rèn)為各不確定度分量互不相關(guān)，故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc按式(4)計(jì)算：

(4)

由式(4)得到100%In條件下合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度如表2所示。

表2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

5 擴(kuò)展不確定度計(jì)算

擴(kuò)展不確定度是由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度倍數(shù)表示的測量不確定度，通常按公式U=kuc計(jì)算。取k=1.96時(shí)，計(jì)算得到5 A/5 A檔位在100%In條件下的擴(kuò)展不確定度如表3所示。

表3 5 A/5 A檔位在100%In條件下的擴(kuò)展不確定度

6不確定度的驗(yàn)證

為驗(yàn)證該電流比較儀的互校標(biāo)準(zhǔn)不確定度，采用傳遞比較法將本單位互校數(shù)據(jù)和上級單位互校數(shù)據(jù)進(jìn)行對比[5]，其中5 A/5 A檔位在100%In條件下對比結(jié)果如表4所示。

表4 本單位互校數(shù)據(jù)和上級單位互校數(shù)據(jù)對比結(jié)果

通過傳遞比較法驗(yàn)證，表明互校標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定符合要求。

7 最佳估計(jì)值的判斷

由于5 A/5 A檔位的最佳估計(jì)值由自校線路最佳估計(jì)值和互校線路最佳估計(jì)值合成得到，最佳估計(jì)值由各自線路的算術(shù)平均值計(jì)算得到。故得到5 A/5 A檔位在100%In條件下的最佳估計(jì)值如表5所示。

表5 5 A/5 A檔位在100%In條件下的最佳估計(jì)值

通過最佳估計(jì)值的判斷以及擴(kuò)展不確定度的計(jì)算認(rèn)為：最高標(biāo)準(zhǔn)電流比較儀5 A/5 A檔位在100%In條件下比值誤差有95%的概率在(0.01±0.41)×10-7區(qū)間，相位誤差有95%的概率在(0.72±0.43)×10-7rad區(qū)間。

8 結(jié)束語

本文對標(biāo)準(zhǔn)電流比較儀的互校線路進(jìn)行了分析和試驗(yàn)，并對工頻電流比例標(biāo)準(zhǔn)5 A/5 A檔位的的不確定度進(jìn)行評定和驗(yàn)證，最終給出最佳估計(jì)值的合理區(qū)間。由于后續(xù)的工頻電流比例標(biāo)準(zhǔn)加法電流比率擴(kuò)展線路和乘法比率擴(kuò)展線路均以5 A/5 A檔位為基礎(chǔ)，誤差亦由5 A/5 A檔位加以積累，故本文最佳估計(jì)值和置信區(qū)間對加法線路、β線路、乘法線路和除法線路提供了判斷依據(jù)。

[1] 李 前，劉 浩，湯 珺，等. 建立國家10 kA大電流比例標(biāo)準(zhǔn)[C].全國電工測試技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集,2008,3(10):114-118.

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Analysis of Cross Calibration Circuit and Uncertainty Evaluation of 5 A/5 A for Current Ratio Standards at Power Frequency

LIU Gang1, LIU Chen1, SHANG Ying1, LIU Lu1, WANG Jiangbo2

(1. Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.,Ltd.,Shenyang, Liaoning 110006, China； 2. China Nuclear Power Technology Research Institute Beijing Division Co.,Ltd.,Beijing 100086, China)

Cross calibration circuit is the basis of the sets of current ratio standards at power frequency. In this paper, the cross calibration circuit of current ratio standards at power frequency is analyzed and tested. The uncertainty of 5 A/5 A is evaluated, and it is verified by Transfer Comparison Method.The best estimate value and confidence interval of 5 A/5 A are judged.

cross calibration circuit; current ratio standards at power frequency; uncertainty; best estimate

TM93

A

1004-7913(2017)10-0047-03

劉 罡(1985)，男，碩士，高級工程師，主要從事電能計(jì)量試驗(yàn)與研究工作。

2017-05-25)