劉 罡，姜春陽(yáng)，房 琛

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.中國(guó)電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430074；3.大連電力建筑工程公司，遼寧 大連 116021）

0 引言

工頻電流比例標(biāo)準(zhǔn)作為標(biāo)準(zhǔn)電流互感器量值傳遞的源頭，其校準(zhǔn)水平對(duì)區(qū)域電力生產(chǎn)、電能計(jì)量、貿(mào)易結(jié)算及科學(xué)研究均有重要影響。目前，工頻電流比例標(biāo)準(zhǔn)的主標(biāo)準(zhǔn)器多采用補(bǔ)償式電流比較儀。補(bǔ)償式電流比較儀有3 種接線方式： 空載式、分離式和雙補(bǔ)償式。其中，雙補(bǔ)償式電流比較儀只適用于電流比小于5 A／5 A 的條件下，使用場(chǎng)合較少?？蛰d式線路和分離式線路廣泛應(yīng)用于補(bǔ)償式電流比較儀最高標(biāo)準(zhǔn)和傳遞標(biāo)準(zhǔn)的自校、比較、加法、測(cè)β 以及乘法和除法線路中。在2 臺(tái)變比為（5～50 A）／5 A 的最高標(biāo)準(zhǔn)電流比較儀校準(zhǔn)過(guò)程中，為得到更高的準(zhǔn)確度等級(jí)須采用空載式接線方式［1］。而在乘法或除法線路中，被檢電流比較儀的作用由最高標(biāo)準(zhǔn)變?yōu)閭鬟f標(biāo)準(zhǔn)，由于傳遞標(biāo)準(zhǔn)器的二次側(cè)必須級(jí)聯(lián)最高標(biāo)準(zhǔn)器的一次側(cè)構(gòu)成乘法或除法線路完成校準(zhǔn)，故此時(shí)傳遞標(biāo)準(zhǔn)器工作在分離式線路下，被檢電流比較儀變比為（5～50 A）／5 A的空載誤差值已不再適用，須進(jìn)行空載式線路向分離式線路的變換。

目前，國(guó)內(nèi)專業(yè)研究人員為簡(jiǎn)化試驗(yàn)流程，通常不進(jìn)行空載線路向分離線路變換，造成后續(xù)傳遞標(biāo)準(zhǔn)和工作標(biāo)準(zhǔn)的乘、除法試驗(yàn)線路誤差增大［1］。針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)空載式線路、分離式線路和空載轉(zhuǎn)分離線路進(jìn)行分析，通過(guò)試驗(yàn)和計(jì)算得到分離狀態(tài)下被檢電流比較儀的最終誤差，并對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果不確定度進(jìn)行評(píng)定，計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度，有效控制后續(xù)乘除法線路的試驗(yàn)誤差。

1 空載式自校線路

空載式線路和分離式線路均采用補(bǔ)償式電流比較儀標(biāo)準(zhǔn)。電流比較儀空載式自校線路如圖1 所示。圖1 中Tx為補(bǔ)償式電流比較儀，Txa為T(mén)x的外附輔助電流互感器，二者串聯(lián)。N1為電流比較儀的一次繞組，Nd為調(diào)零繞組。電流比較儀的二次繞組N2和補(bǔ)償繞組NB并聯(lián)并通過(guò)調(diào)零箱Zj與D 連接即接地，調(diào)零箱調(diào)節(jié)等值阻抗ZBb平衡，使ZBb由內(nèi)附輔助互感器承擔(dān)改為由外附輔助互感器承擔(dān)，比較儀的誤差略有變化。調(diào)零箱及其連接導(dǎo)線將電流比較儀和外附輔助電流互感器分開(kāi)，各自形成二次閉合回路，導(dǎo)線和調(diào)零箱通過(guò)二者的誤差電流，其壓降微小，可認(rèn)為電流比較儀為空載。而所有二次負(fù)荷（包括連接導(dǎo)線）均由外附輔助電流互感器承擔(dān)，與電流比較儀無(wú)關(guān)。電流比較儀空載式自校誤差εk等于校驗(yàn)儀的讀數(shù)ε，即εk=ε，該誤差可作為標(biāo)準(zhǔn)電流比較儀和被檢電流比較儀在5 A／5 A 變比的最終誤差值。

圖1 電流比較儀空載式自校線路

2 分離式自校線路

電流比較儀分離式自校線路如圖2 所示。與圖1 相比，圖2 主要區(qū)別為電流比較儀二次繞組N2與二次補(bǔ)償繞組NB的非極性端連接點(diǎn)斷開(kāi)，使電流比較儀Tx和外附輔助電流互感器Txa的二次側(cè)合成一個(gè)回路。若電流比較儀無(wú)屏蔽鐵芯，其主鐵芯磁通為零，則所有的二次負(fù)荷與電流比較儀的二次繞組電阻全部由外附輔助電流互感器二次承擔(dān)，電流比較儀空載。電流比較儀分離式自校誤差εf為被檢電流比較儀在分離線路下5 A／5 A 變比的起始值，該起始值為分離線路下（5～50 A）／5 A 變比的基礎(chǔ)，而分離線路下（5～50 A）／5 A 各變比的誤差值又是（60～500 A）／5 A 各變比的基礎(chǔ)，故被檢電流比較儀在分離線路下5 A／5 A 變比的起始值尤為重要，至少須測(cè)量6 次［2］。

圖2 電流比較儀分離式自校線路

3 空載轉(zhuǎn)分離線路

空載轉(zhuǎn)分離線路即空載式標(biāo)準(zhǔn)電流比較儀與分離式被檢電流比較儀的互校線路，其校準(zhǔn)線路如圖3 所示。To為標(biāo)準(zhǔn)電流比較儀，Tx為被檢電流比較儀，Toa和Txa分別為T(mén)o和Tx的外附輔助電流互感器。To運(yùn)行在空載狀態(tài)下，其二次繞組N2的非極性端和二次補(bǔ)償繞組NB的非極性端相連。Tx運(yùn)行在分離狀態(tài)下，其二次繞組的非極性端和二次補(bǔ)償繞組的非極性端斷開(kāi)。分別用電流源仿真負(fù)荷調(diào)零箱調(diào)零［3］，調(diào)節(jié)兩電流比較儀達(dá)到零磁通，采用兩電流比較儀雙調(diào)零線路。測(cè)得Tx相對(duì)于To的互校誤差為εhf，若空載狀態(tài)下To的誤差為εAk，則空載轉(zhuǎn)分離線路Tx的誤差εBf為

圖3 空載轉(zhuǎn)分離線路

4 測(cè)量試驗(yàn)

采用圖3 線路，以空載式電流比較儀To為標(biāo)準(zhǔn)電流比較儀，分離式電流比較儀Tx為被檢電流比較儀，測(cè)得（10～50 A）／ A 變比下Tx相對(duì)于To的互校誤差εhf如表1 所示。

表1 空載轉(zhuǎn)分離線路互校誤差

計(jì)算被檢電流比較儀Tx最終誤差εBf，須先得到標(biāo)準(zhǔn)電流比較儀To各變比下的誤差εAk。采用圖1 空載自校線路得到5 A／5 A 變比下εAk值；采用加法線路、測(cè)β 線路和比較線路得到（10～50 A）／5 A 變比下εAk值，相關(guān)試驗(yàn)方法可參見(jiàn)文獻(xiàn)［4］，本文直接給出各變比的誤差值如表2 所示。（10～50 A）／5 A 變比下εBf由式（1）計(jì)算得到，5 A／5 A 變比下εBf采用圖2 分離自校線路測(cè)得，匯總兩部分得到最終（5～50 A）／5 A 各變比下被檢電流比較儀Tx誤差值如表3 所示。

表2 （10～50 A）／5 A 變比下標(biāo)準(zhǔn)電流比較儀誤差值

表3 被檢電流比較儀誤差值

為進(jìn)行不確定度評(píng)定還須測(cè)量空載線路即標(biāo)準(zhǔn)電流比較儀和被檢電流比較儀均運(yùn)行在空載狀態(tài)時(shí)，被檢電流比較儀在互校線路中各變比最終誤差值，詳細(xì)方法在文獻(xiàn)［5］中已有論述，本文不再贅述?？蛰d線路中被檢電流比較儀誤差值如表4 所示。

上述標(biāo)準(zhǔn)電流比較儀和被檢電流比較儀在一次電流50 A 以下時(shí)準(zhǔn)確度等級(jí)為0.000 02 級(jí)，根據(jù)JJF 1068—2000 《工頻電流比例標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)規(guī)范》規(guī)定，0.000 02 級(jí)電流比較儀比值誤差不超過(guò)2×10-7，相位誤差不超過(guò)2×10-7rad。表1 中最大比值誤差為3×10-8，最大相位誤差為1.1×10-7rad；表2 中最大比值誤差為-8×10-8，最大相位誤差為-8×10-8rad；表3 中最大比值誤差為-8×10-8，最大相位誤差為9×10-8rad；表4 中最大比值誤差為-6×10-8，最大相位誤差為-1.7×10-7rad，故表1—表4 中線路試驗(yàn)結(jié)果均滿足JJF 1068—2000《工頻電流比例標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)規(guī)范》要求。

表4 空載線路中被檢電流比較儀誤差值

5 不確定度評(píng)定

5.1 不確定度分析

測(cè)量不確定度主要分為A 類不確定度分量與B類不確定度分量。其中A 類不確定度分量主要由多次測(cè)量重復(fù)性引入，B 類不確定度分量主要由標(biāo)準(zhǔn)器與被檢設(shè)備數(shù)據(jù)化整等方面引入。對(duì)工頻電流比例標(biāo)準(zhǔn)而言，由于標(biāo)準(zhǔn)器和被檢設(shè)備的準(zhǔn)確度等級(jí)可達(dá)0.000 02～0.000 5 級(jí)，由標(biāo)準(zhǔn)器和被檢設(shè)備數(shù)據(jù)化整引入的B 類不確定度很?。?］，因此，空載式線路轉(zhuǎn)分離式線路引入的不確定度只考慮A 類不確定度分量，不確定度主要從以下2 方面考慮：6 次測(cè)量分離狀態(tài)下被檢電流比較儀各變比比值誤差εBf比、相位誤差εBf相平均值的標(biāo)準(zhǔn)差s11和s12；6 次測(cè)量分離狀態(tài)和空載狀態(tài)的比值誤差偏差為εBk比，其相位誤差偏差為εBf相-εBk相，比值誤差偏差與相位誤差偏差的平均值的標(biāo)準(zhǔn)差分別為s21、s22。經(jīng)計(jì)算得到s11、s12、s21和s22如表5 所示。

5.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc由各不確定度分量合成得到，依據(jù)JJF 1068—2000《工頻電流比例標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)規(guī)范》，比值誤差合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc比和相位誤差合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc相分別采用式（2）和式（3）計(jì)算［7］，式中測(cè)量次數(shù)n 取6。

表5 兩種途經(jīng)下被檢電流比較儀的標(biāo)準(zhǔn)差

計(jì)算出每個(gè)變比的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，取最大值作為被檢電流比較儀的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，計(jì)算得50 A／5 A 變比同時(shí)為比值誤差和相位誤差最大值［8］，其中，最大比值誤差為0.50×10-8，最大相位誤差為0.55×10-8rad。

5.3 擴(kuò)展不確定度

擴(kuò)展不確定度U 是確定校準(zhǔn)結(jié)果區(qū)間的量，擴(kuò)展不確定度由相應(yīng)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘以包含因子計(jì)算得到，即U=kuc，其中，包含因子k=2。經(jīng)計(jì)算得到比值誤差擴(kuò)展不確定度為±1.0×10-8，相位誤差的不確定度區(qū)間為±1.1×10-8rad。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)工頻電流比例標(biāo)準(zhǔn)空載式自校線路、分離式自校線路以及空載式轉(zhuǎn)分離式線路進(jìn)行分析，得到被檢電流比較儀在分離線路下的最終誤差值。通過(guò)6 次重復(fù)性測(cè)量，從平均值和偏差值2 個(gè)途徑進(jìn)行不確定度評(píng)定，并計(jì)算了合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度，為后續(xù)傳遞標(biāo)準(zhǔn)和工作標(biāo)準(zhǔn)的乘除法線路的測(cè)量打下了基礎(chǔ)。

本文不確定度評(píng)定過(guò)程僅考慮A 類不確定度評(píng)定，適用于準(zhǔn)確度等級(jí)大于等于0.000 5 級(jí)高精度電流比較儀的評(píng)定。對(duì)于多數(shù)低等級(jí)電流比較儀或電流互感器而言，在不確定評(píng)定過(guò)程中須同時(shí)考慮A 類和B 類不確定度，且準(zhǔn)確度等級(jí)越低，B 類所占比重越大，相關(guān)研究和評(píng)定將在未來(lái)的研究工作中給出。