趙斯衎，林 勇

（福建省計(jì)量科學(xué)研究院，福建 福州350003）

1 前言

互感器伏安特性測(cè)試儀主要由調(diào)壓系統(tǒng)、變壓器、電壓和電流測(cè)量系統(tǒng)等部分組成，可以對(duì)電流互感器或電壓互感器進(jìn)行基本誤差、極性判別、變比檢查、二次回路負(fù)載等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，是現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行互感器交接試驗(yàn)、預(yù)防性試驗(yàn)的常規(guī)設(shè)備，在電力工程領(lǐng)域已得到廣泛運(yùn)用。其廠家不同，名稱也不相同，如互感器綜合測(cè)試儀，互感器伏安特性測(cè)試儀，互感器誤差特性測(cè)試儀等[2]。而測(cè)量伏安特性，主要是為了檢查互感器的鐵心質(zhì)量，通過鑒別鐵心磁化的飽和程度來判斷互感器的繞組有無(wú)匝間短路等缺陷。作為其主要的基本功能，數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確與否，直接影響著互感器伏安特性測(cè)試儀的優(yōu)劣程度，也間接決定了互感器交接試驗(yàn)、預(yù)防性試驗(yàn)的準(zhǔn)確性與可靠性。本文主要以伏安特性電流部分為例，結(jié)合電磁計(jì)量專業(yè)特點(diǎn)，用外施電流法對(duì)此類儀器的伏安特性電流部分進(jìn)行校準(zhǔn)分析，從而達(dá)到該部分功能的量值溯源目的。

2 互感器伏安特性電流部分的校準(zhǔn)

外施電流法[3]適用于不帶標(biāo)準(zhǔn)電流源的互感器伏安特性測(cè)試儀，如圖1所示，當(dāng)被校測(cè)試儀輸入的伏安特性交流電流量程在100 A及以下時(shí)，采用交流測(cè)試系統(tǒng)作為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，交流測(cè)試系統(tǒng)所輸入的標(biāo)準(zhǔn)電流值與被校測(cè)試儀電流顯示值之差即為伏安特性交流電流的示值誤差。

當(dāng)被校測(cè)試儀輸入的伏安特性交流電流量程在100 A以上時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)電流互感器作測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，利用升流器升流，結(jié)合數(shù)字多用表對(duì)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)行測(cè)量。將測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)交流電流輸出端與被校測(cè)試儀的伏安特性交流電流輸入端相連接，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)輸入值在被校測(cè)試儀上顯示，數(shù)字多用表讀取數(shù)值乘以標(biāo)準(zhǔn)電流互感器相應(yīng)變比所得值與被校測(cè)試儀電流顯示值之差即為伏安特性交流電流的示值誤差。

圖1 電流示值校準(zhǔn)接線圖（外施電流法）

用標(biāo)準(zhǔn)電流源對(duì)內(nèi)部自帶電流表的測(cè)試儀，按其說明書所示電流范圍進(jìn)行校準(zhǔn)。

電流示值誤差按式（1）或式（2）計(jì)算：

式中：ΔI—電流示值誤差；I—被校測(cè)試儀電流值；I0—標(biāo)準(zhǔn)器讀數(shù)值。

式中：γi—電流示值的相對(duì)誤差；I—被校測(cè)試儀電流值；I0—標(biāo)準(zhǔn)器讀數(shù)值。

3 校準(zhǔn)結(jié)果的評(píng)定與分析

選用量程：0.01～100 A，0.05級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)電流源，和量程：100μA～10 A，0.05級(jí)的數(shù)字多用表，以及量程：5～5 000 A/5 A，0.02級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)互感器作為標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量模型分為兩種情況進(jìn)行評(píng)定與分析。

當(dāng)交流電流量程≤100 A時(shí)，

式中：ΔI—交流電流示值誤差，A；IX—被測(cè)儀器表示值，A；IN—標(biāo)準(zhǔn)器讀數(shù)值，A。

根據(jù)不確定度合成原理，交流電流誤差合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為：

式中：uA（ΔI）—被檢儀器誤差重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，A；u（ε）—標(biāo)準(zhǔn)器測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，A；C1、C2為各項(xiàng)靈敏系數(shù)。

當(dāng)交流電流量程＞100 A時(shí)

式中：ΔI—伏安特性交流電流示值誤差，A；IX—被測(cè)儀器顯示值，A；IN—標(biāo)準(zhǔn)器讀數(shù)值，A；k—電流互感器變比，A/A。

根據(jù)不確定度合成原理，交流電流誤差合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為：

式中：uA（ΔI）—被檢儀器誤差重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，A；u（ε）—標(biāo)準(zhǔn)器測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，A；u（k）—電流互感器引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；C1、C2為各項(xiàng)靈敏系數(shù)。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類評(píng)定

對(duì)被測(cè)儀器的伏安特性交流電流1 A，10 A，100 A，1 000 A，5 000 A分別進(jìn)行10次連續(xù)測(cè)量，得到測(cè)量結(jié)果如表1所示。

表1 交流電流測(cè)量結(jié)果 單位：A

用貝塞爾公式計(jì)算測(cè)量結(jié)果，可得A類評(píng)定的不確定度分量，計(jì)算公式為：

式中：uA（ΔI）—被檢儀器誤差重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，A；INi—第i次獨(dú)立測(cè)量結(jié)果，A；IN—n次獨(dú)立測(cè)量結(jié)果平均值，A；n—n=10

計(jì)算得到：

3.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類評(píng)定

根據(jù)交流測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)證書，其在交流電流下測(cè)量最大允許誤差為±0.05%，按矩形分布估計(jì)。所測(cè)得的伏安特性交流電壓輸出值的平均值分別為1.001 9 A，10.066 A，100.83 A，則測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確 定 度 為：u（ε）=0.000 29 A（1 A），u（ε）=0.002 91 A（10 A），u（ε）=0.029 11 A（100 A）。

根據(jù)數(shù)字多用表校準(zhǔn)證書，其最大允許誤差為±0.05%，按矩形分布估計(jì)。所測(cè)得的伏安特性交流電流輸出值的平均值為1 015.0 A，5 075.6 A，數(shù)字多用表顯示值的平均值為5.075 A，5.075 6 A，則測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u（ε）=0.001 47 A（1 000 A），u（ε）=0.001 47 A（5 000 A），

電流互感器變比k引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量計(jì)算如下。

根據(jù)電流互感器檢定證書，電流互感器最大允許誤差為±0.02%，按照矩形分布估計(jì)，電流互感器變比k引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.3 靈敏系數(shù)

交 流 電 流 量 程≤100 A：C1=?ΔI/?ΔIX=1，

交流電流量程＞100 A：（額定變比為1 000 A/5 A）

3.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

當(dāng)交流電流量程≤100 A時(shí)，

被檢儀器交流電流誤差的合成不確定度為：uc（ΔI）=0.000 92 A（1 A），uc（ΔI）=0.012 09 A（10 A），uc（ΔI）=0.202 38 A（100 A）。

相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：ucrel（ΔI）=0.09%（1 A），ucrel（ΔI）=0.12%（10 A），ucrel（ΔI）=0.20%（100 A）。

當(dāng)交流電流量程＞100 A時(shí)，其不確定結(jié)果如表2所示。

表2 交流電流測(cè)量結(jié)果不確定度

3.5 擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，則伏安特性交流電壓輸出值的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為：

3.6 測(cè)量不確定度的報(bào)告與表示

取k=2，則伏安特性交流電流各測(cè)量范圍的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為：

4 結(jié)束語(yǔ)

不同型號(hào)，不同名稱的互感器伏安特性測(cè)試儀作為繼電保護(hù)和高壓絕緣專業(yè)的專門檢測(cè)儀器，已在電力工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。此類儀器，各個(gè)廠家的名稱不同、參數(shù)不一，但是，測(cè)試伏安特性作為其基本功能，是此類儀器的標(biāo)準(zhǔn)配置。為此，本文從電磁計(jì)量專業(yè)出發(fā)，以外施電流法為例，對(duì)伏安特性電流部分功能進(jìn)行校準(zhǔn)分析，從而達(dá)到量值溯源的目的，為今后該類儀器的更新發(fā)展提供了技術(shù)依據(jù)。