劉 罡，周 浩，馬婉忠，姜春陽

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.中國電力科學研究院，湖北 武漢 430074）

0 引言

電流比較儀自校準線路分為自校線路、比較線路、加法線路、乘法線路和除法線路。其中，電流比較儀除法線路主要分為傳遞標準除法線路和工作標準除法線路。傳遞標準除法線路用于校準1.5 A／5 A～5 A／5 A 變比，工作標準除法線路用于校準0.1 A／5 A～1.25 A／5 A 變比。在1.5 A／5 A～5 A／5 A 變比中，除個別變比采用除法自校線路外，傳遞標準其余變比和工作標準全部變比均采用兩臺電流比較儀A 和B 為標準，校準雙補償式電流比較儀C 的方式。該方法在傳遞標準和工作標準的原理和方法完全相同［1-2］，本文以BLT5617 型工作標準為例，對工作標準除法線路進行分析，將（0.10～1.25）A／5 A 小電流變比進行單次測量試驗，對1.25 A／5 A 變比從測量重復性、標準器和互感器校驗儀3 個分量進行不確定度評定，計算出合成不確定度和擴展不確定度，最后對不確定度進行驗證。

1 除法線路分析

BLT5617 型工作標準的除法線路如圖1 所示，與乘法線路類似，BLT5617 型電流比較儀C 和電流比較儀A 級聯(lián)，C 為上級，A 為下級，其變比分別為m／1 和n／1。兩者變比的乘積為電流比較儀B 的變比nm／1。與乘法線路不同之處在于除法線路中C 為被檢電流比較儀，A 和B 為標準電流比較儀。電流比較儀B 的一次繞組與C 的一次繞組串聯(lián)，C 的二次繞組與A 的一次繞組級聯(lián)，B 的二次繞組與A 的二次繞組為互感器校驗儀HEG1 供電，同時完成互感器校驗儀D、K 端子的測差［3］。若A 的誤差為εA，B 的誤差為εB，除法線路的誤差為εb，則C 的誤差為

式（1）中，由于A 的準確度等級為0.000 02 級，B 的準確度等級為0.000 1 級，故可將A 的誤差省略，則誤差εC的計算簡化為

圖1 BLT5617 型工作標準的除法線路

2 單次測量試驗

由于傳遞標準小電流變比的測量中含有除法自校線路較為復雜，為方便介紹除法線路，僅以工作標準為例，對其0.10 A／5 A～1.25 A／5 A 的變比采用式（2）的方法進行單次測量試驗，得到工作標準（0.10～1.25）A／5 A 數據，其中，比值誤差用f 表示，相位誤差δ 用表示。如表1 所示。依據JJG 313—2010《測量用電流互感器》要求，0.000 5 級電流比較儀比值誤差應小于50×10-7，相位誤差應小于50×10-7rad，由表1 可知，工作標準各變比誤差均滿足0.000 5 級要求，除法線路單次測量試驗滿足預期要求。

表1 工作標準（0.10～1.25 A）／5 A 電流比的單次測量結果

3 不確定度的分析與評定

依據JJF 1068—2000《工頻電流比例標準裝置》校準規(guī)范，除法線路的不確定度來源主要分為A 類不確定度和B 類不確定度，其中A 類不確定度主要分為兩部分［4］：一部分為測量結果的標準差s1；另一部分為不同線路（除法線路和比較線路）所得的誤差值的偏差s2。對于工作標準而言，無法找到相同變比的標準器構成比較線路，只能采取除法線路，故A 類不確定度僅能得到s1。B 類不確定度主要為標準器引入的不確定度分量和互感器校驗儀引入的分量［5］。綜上，工作標準小電流變比的不確定度來源主要考慮3 個方面：測量重復性引入的不確定度分量u1、標準器引入的不確定度分量u2、互感器校驗儀引入的不確定度分量u3。

3.1 測量重復性引入的不確定度分量

測量重復性是指在相同測量方法、相同觀測者、相同測量儀器、相同場所、相同工作條件和短時期內，對同一被測量連續(xù)測量所得結果之間的一致程度。測量重復性引入的不確定度分量通常采用貝塞爾公式計算：

式中：s 為試驗標準偏差；n 為測量總次數，對于工作標準而言，需要對每個變比進行不少于6 次的獨立測量；xi為第i 次測量誤差值；x 為n 次測量誤差平均值。因篇幅所限，僅給出常用變比1.25 A／5 A 的重復性測量結果，如表2 所示。

由表2 得，比值誤差平均值為-2.2×10-7，相位誤差平均值為3.6×10-7rad。由式（3）得到比值誤差試驗標準偏差為2.74×10-8，相位誤差實驗標準偏差為4.18×10-8rad。

表2 工作標準測量重復性試驗測量結果

由于每個變比均需進行正向和反向兩次測量，故測量重復性引入的不確定度需將實驗標準偏差除以，即比值誤差u1比=1.94×10-8，相位誤差u1相=2.96×10-8rad。

3.2 標準器引入的不確定度分量

工作標準的除法線路的標準器由作為“被除數”的A 和作為“除數”的B 組成，其中標準器A 本身為最高標準，其準確度等級為0.000 02 級，遠大于工作標準準確度等級，當標準器B 存在時可忽略標準器A的不確定度影響分量。標準器B 為傳遞標準，其合成標準不確定度參見文獻［2］，比值誤差u2比=9.3×10-8，相位誤差u2相=1.07×10-7rad。

3.3 互感器校驗儀引入的不確定度分量

互感器校驗儀作為連接標準電流比較儀和被檢電流比較儀的誤差測量裝置，其引入的不確定度亦不能忽略。依據JJF 1068—2000《工頻電流比例標準裝置》校準規(guī)范并結合電流比較儀評定要求，互感器校驗儀引入的不確定度分量為

式中：εmax為電流比較儀的C 的最大允許誤差。將C的最大允許誤差0.000 5%帶入式（4），得到校驗儀引入的不確定度分量比值誤差為3.0×10-7，相位誤差為3.0×10-7rad。

4 合成標準不確定度和擴展不確定度的計算

依據JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》校準規(guī)范，電流比較儀C 的合成標準不確定度由測量重復性引入的u1、標準器引入的u2和互感器校驗儀引入的u3合成得到［6］，合成標準不確定度uc計算公式為

擴展不確定度U 按照計算公式為

式中：k 為包含因子，在包含概率p=95%的條件下，k 取2。

由式（4）與式（5）得到工作標準除法線路合成標準不確定度和擴展不確定度的統(tǒng)計表，如表3 所示。

表3 合成標準不確定度和擴展不確定度統(tǒng)計表

5 不確定度的驗證

對小電流變比工作標準除法線路不確定度進行驗證，由于首次校準時已采用比較法向上級單位進行溯源，故可采用傳遞比較法將本單位除法線路校準方式和上級單位比較法方式進行比對［7］。選取1.25 A／5 A 變比在20%額定電流下比對結果如表4 所示。

表4 1.25 A／5 A 變比在20%額定電流下校準誤差比對結果

查詢得到上級單位1.25 A／5 A 比值誤差和相位誤差數值U0（k=2），結合本文計算得到的除法線路擴展不確定度U（k=2），得到除法線路和上級單位的擴展不確定度統(tǒng)計表，如表5 所示。

表5 1.25A／5A 變比在20%額定電流下擴展不確定度統(tǒng)計

6 結語

本文對BLT5617 型工作標準小電流變比時采用的除法線路進行了分析和試驗，并對校準結果不確定度從測量重復性、標準器和互感器校驗儀3 個來源進行了分析，計算得到了合成標準不確定度和擴展不確定度，采用傳遞比較法對校準的數據進行了驗證。因篇幅所限，本文所分析的不確定度僅為1.25 A／5 A 一個變比的校準結果不確定度，故校準結果有所偏小。實際評定時，需要將0.1 A／5 A～1.25 A／5 A 每個變比的校準結果不確定度按照文中方法進行評定，將所有結果的最大值作為工作標準除法線路的不確定度。

經過本論文和前期幾篇論文［1-2，5，7］的研究，已對工頻電流比例標準的最高標準、傳遞標準和工作標準的自校線路、比較線路、加法和測β 線路、乘法線路、除法線路分析完成。通過多臺電流比較儀、多種校準線路完成了電流比較儀（0.1～10 000）A／5 A 的量值復現，采用量值復現代替?zhèn)鹘y(tǒng)的長距離量值溯源，避免了向上級單位送檢對標準設備產生的影響，但同時也需要花費大量的人力、物力、時間完成對各類數據的計算統(tǒng)計工作。故傳統(tǒng)的溯源方式和量值復現方式各有利弊，具體的選擇需要根據本單位的實際情況，因地制宜地采取合理的方式。