金 輝 聶曉曄 丁 鼎 / 上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

0 引言

高壓開(kāi)關(guān)是電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護(hù)設(shè)備，在電網(wǎng)中起著控制和保護(hù)兩方面的作用。由于高壓開(kāi)關(guān)功能的特殊性，與其他高壓電力設(shè)備相比，具有其自身的特點(diǎn)——要求有很高的可靠性。開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀是高壓開(kāi)關(guān)特性參數(shù)的重要測(cè)試設(shè)備，其主要的測(cè)試項(xiàng)目包括時(shí)間量、行程量、速度量。在儀器設(shè)備的研制、測(cè)試方法的研究方面，不少學(xué)者做了大量的研究工作[1-3]。很多系列的開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀被研制開(kāi)發(fā)，并在現(xiàn)場(chǎng)被廣泛地采用。

對(duì)于開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀的校準(zhǔn)方法論述不多。本文主要針對(duì)速度量的校準(zhǔn)提出了兩種方法，比較其各自的特點(diǎn)，并進(jìn)行不確定度分析。

1 直接法

1.1 測(cè)試條件與方法

測(cè)試環(huán)境：溫度：（20±5）℃，濕度：（50±10）%RH。

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)儀器：GKBZ-009型高壓開(kāi)關(guān)測(cè)試儀檢驗(yàn)裝置（以下簡(jiǎn)稱為檢驗(yàn)裝置）。

由于合閘、分閘速度的測(cè)量方法、不確定度來(lái)源等的一致性，本文中分析的均為合閘過(guò)程，分閘可按照相同的過(guò)程得到。

直接法是通過(guò)檢驗(yàn)裝置的速度校驗(yàn)?zāi)K直接得到的速度量作為標(biāo)準(zhǔn)值，來(lái)校準(zhǔn)被檢儀器的速度量。原理框圖如圖1所示。

具體過(guò)程：依靠速度發(fā)生裝置產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)傳感器和被檢測(cè)試儀傳感器進(jìn)行完全一致的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，兩種傳感器感知的運(yùn)動(dòng)過(guò)程應(yīng)完全相同，通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)傳感器信號(hào)的準(zhǔn)確分析，同測(cè)試儀的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，來(lái)校準(zhǔn)被檢測(cè)試儀。

圖1 直接法原理框圖

1.2 不確定度分析

數(shù)學(xué)模型：δ=Vx-Vs

式中：δ— 示值誤差；

Vx— 被測(cè)儀器示值；

Vs— 標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)裝置的標(biāo)準(zhǔn)值

直接法的不確定度主要來(lái)源為

1）Vx測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Vs），采用不確定度A類評(píng)定；

2）檢驗(yàn)裝置標(biāo)準(zhǔn)值Vs的誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Vs），采用不確定度B類評(píng)定。

驅(qū)動(dòng)速度發(fā)生裝置，模擬合閘動(dòng)作，測(cè)得速度標(biāo)準(zhǔn)值3.60 m/s，被檢測(cè)試儀示值3.62 m/s，在該點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算，各不確定度分量見(jiàn)表1。

評(píng)析 此題來(lái)源于成書于公元前186年以前的《算數(shù)書》，是目前已知最早的中國(guó)數(shù)學(xué)著作，對(duì)后世《九章算術(shù)》的產(chǎn)生也有一定影響，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)古代數(shù)學(xué)重應(yīng)用的特色，標(biāo)志著我國(guó)古代數(shù)學(xué)理論體系開(kāi)始初步形成.本題考查圓錐的體積計(jì)算，較為簡(jiǎn)單，答案為B.但它的意義和價(jià)值實(shí)際上已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了試題本身，會(huì)激發(fā)考生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)史知識(shí)，了解中國(guó)古代的數(shù)學(xué)成就.

表1 直接法測(cè)量速度示值誤差的不確定度分量匯總

u（Vx）與u（Vs）不相關(guān)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

取包含因子k= 2，直接法測(cè)開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀速度值的擴(kuò)展不確定度為

2 間接法

2.1 測(cè)試條件與方法

測(cè)試環(huán)境：溫度：（20±5）℃，濕度：（50±10）%RH。

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)儀器：GKBZ-009型高壓開(kāi)關(guān)測(cè)試儀檢驗(yàn)裝置；HPD/LABC3000數(shù)顯三米萬(wàn)能測(cè)長(zhǎng)儀；8846A高精度數(shù)字多用電表。

間接法是通過(guò)測(cè)長(zhǎng)儀、高精度數(shù)字多用電表等標(biāo)準(zhǔn)儀器測(cè)得被測(cè)儀器的位移量，與檢驗(yàn)裝置測(cè)得的時(shí)間量計(jì)算得到的速度量作為標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)被檢測(cè)試儀進(jìn)行校準(zhǔn)。原理框圖如圖2所示。

圖2 間接法原理框圖

由于在實(shí)際測(cè)試中，被測(cè)儀器的位移傳感器與速度發(fā)生裝置剛性連接，難以使用測(cè)長(zhǎng)儀等長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)器對(duì)其位移量進(jìn)行測(cè)量，因此通過(guò)間接方式得到位移量。本文中被測(cè)儀器的位移傳感器為滑線電阻器方式，因此可以通過(guò)測(cè)量其合閘前后的電阻變化量來(lái)得到位移變化量。

式中：a— 被測(cè)儀器位移傳感器的位移電阻比系數(shù)；

ΔR— 合閘前后被測(cè)儀器位移傳感器的電阻值變化量；

t— 合閘時(shí)間

位移電阻比系數(shù)a可通過(guò)高精密測(cè)長(zhǎng)儀與高精度數(shù)字多用電表測(cè)出，認(rèn)為被檢測(cè)試儀的位移傳感器是線性可靠的，實(shí)測(cè)被檢測(cè)試儀傳感器a=42.434 mm/kΩ。

2.2 不確定度分析

數(shù)學(xué)模型：δ=Vx-Vs其中，

間接法的不確定度主要來(lái)源為

1）Vx測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Vx），采用不確定度A類評(píng)定；

2）標(biāo)準(zhǔn)值Vs的誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Vs），包括兩方面：ΔR的測(cè)量誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（ΔR），采用不確定度B類評(píng)定；合閘時(shí)間t的測(cè)量誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（t）,采用不確定度B類評(píng)定。

同樣驅(qū)動(dòng)速度發(fā)生裝置，被測(cè)儀器示值3.62 m/s，經(jīng)計(jì)算得到速度標(biāo)準(zhǔn)值3.61 m/s，在該點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算，各不確定度分量見(jiàn)表2。

表2 間接法測(cè)量速度示值誤差的不確定度分量匯總

u（Vx）與u（Vs）不相關(guān)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

取包含因子k= 2，間接法測(cè)開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀速度值的擴(kuò)展不確定度為

3 結(jié)語(yǔ)

比較兩種方法可以看到，直接法的測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單，但得到的不確定度較大，主要原因是直接法中，檢驗(yàn)裝置的位移傳感器測(cè)位移值與間接法中依靠高精度測(cè)長(zhǎng)儀與數(shù)字多用電表測(cè)位移值相比，引入的不確定度分量較大。間接法得到的不確定度較小，實(shí)際上，間接法中測(cè)長(zhǎng)儀與數(shù)字多用電表引入的不確定度極小，測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度占絕對(duì)主導(dǎo)地位。但是間接法的測(cè)量過(guò)程較為復(fù)雜，實(shí)際上是將被測(cè)儀器的位移傳感器進(jìn)行了一次標(biāo)定，在檢測(cè)時(shí)間充裕、測(cè)量可靠性要求較高時(shí)適用，而在測(cè)量可靠性水平可以接受的情況下，直接法應(yīng)當(dāng)是更加優(yōu)選的方案。

同時(shí)應(yīng)該注意到，直接法中相當(dāng)重要的一點(diǎn)是保持檢驗(yàn)裝置與被測(cè)儀器的位移傳感器的動(dòng)作是完全一致的，在安裝的時(shí)候要注意避免間隙空行程以及角度偏差等因素造成測(cè)量結(jié)果的誤差以及不確定度的增大。

采用間接法時(shí)，如果被測(cè)儀器采用的是非滑線電阻器式的位移傳感器，只要是中間參量是確定并可測(cè)的，其不確定度評(píng)定也可以參照本文的方法。

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