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        500 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器量值溯源方法研究

        2021-09-05 10:40:38秦悅維姜春陽(yáng)
        山東電力技術(shù) 2021年8期
        關(guān)鍵詞:分壓器量值比較法

        劉 罡,秦悅維,姜春陽(yáng)

        (1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)中心,遼寧 沈陽(yáng) 110006;2.中國(guó)電力科學(xué)研究院,湖北 武漢 430074)

        0 引言

        500 kV 工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)裝置及其溯源體系是維護(hù)國(guó)家工頻電壓量值溯源穩(wěn)定可靠、公平公正的基本保證,其技術(shù)水平對(duì)我國(guó)電力生產(chǎn)、電能計(jì)量、貿(mào)易結(jié)算及科學(xué)研究均有著重要影響。為了適應(yīng)我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展和實(shí)際生產(chǎn)水平的要求,伴隨著國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)中心的成立,配置了新一代0~500 kV 工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)裝置。該套裝置主標(biāo)準(zhǔn)器由6部分組成:?jiǎn)伪P(pán)感應(yīng)分壓器、多盤(pán)感應(yīng)分壓器、10 kV 雙級(jí)電壓互感器、110 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器、220 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器、500 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器。傳統(tǒng)溯源方式采用本級(jí)各標(biāo)準(zhǔn)器送檢至上級(jí)機(jī)構(gòu)進(jìn)行量值溯源方式,其優(yōu)點(diǎn)為技術(shù)簡(jiǎn)單成熟,缺點(diǎn)為對(duì)上級(jí)機(jī)構(gòu)依賴(lài)性強(qiáng),上級(jí)機(jī)構(gòu)量值傳遞環(huán)節(jié)中的差錯(cuò)會(huì)傳遞給以下各級(jí)[1-3]。采用量值復(fù)現(xiàn)自校準(zhǔn)方法可有效解決上述問(wèn)題。自校準(zhǔn)即各標(biāo)準(zhǔn)器在本級(jí)機(jī)構(gòu)完成量值溯源,具體來(lái)講為單盤(pán)感應(yīng)由本校準(zhǔn)器完成溯源,多盤(pán)感應(yīng)分壓器由單盤(pán)感應(yīng)分壓器完成溯源,10 kV 雙級(jí)電壓互感器由單盤(pán)感應(yīng)分壓器和多盤(pán)感應(yīng)分壓器完成溯源,110 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器由10 kV 雙級(jí)電壓互感器和多盤(pán)感應(yīng)分壓器完成溯源,220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器由110 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器和多盤(pán)感應(yīng)分壓器完成溯源。文獻(xiàn)[4-8]已對(duì)前5 部分主標(biāo)準(zhǔn)器的溯源校準(zhǔn)方法進(jìn)行了研究和分析。

        對(duì)該套裝置的最后一級(jí)主標(biāo)準(zhǔn)器500 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的量值溯源方法進(jìn)行分析和研究。其主要由220 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器和多盤(pán)感應(yīng)分壓器完成溯源。由于220 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓的最高試驗(yàn)電壓只能達(dá)到500 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的40%左右,故500 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的量值溯源方法為40%UN(UN為額定電壓)及以下采用直接比較法,40%UN以上采用串聯(lián)加法推算法。

        1 直接比較法

        文獻(xiàn)[5]和[8]已對(duì)多盤(pán)感應(yīng)分壓器和220 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的誤差及不確定度進(jìn)行了分析和評(píng)定,相當(dāng)于500 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的40%UN及以下的誤差值及不確定度均為已知,因此可采用以上述兩設(shè)備為主標(biāo)準(zhǔn)器、500 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器為被檢設(shè)備方式進(jìn)行溯源。溯源線(xiàn)路如圖1 所示。試驗(yàn)變壓器、220 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器、500 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器三者一次側(cè)并聯(lián),多盤(pán)感應(yīng)分壓器示值設(shè)定為0.440 000 0并級(jí)聯(lián)接入220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器二次側(cè),使主標(biāo)準(zhǔn)器的總體變比與500 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器變比相同?;ジ衅餍r?yàn)儀的供電回路由多盤(pán)分壓器二次側(cè)承擔(dān),測(cè)差回路通過(guò)由多盤(pán)分壓器二次側(cè)與500 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器二次側(cè)的電位差值實(shí)現(xiàn)。由于220 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器升至100%UN時(shí),500 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器只達(dá)到44%UN,故直接比較法負(fù)責(zé)完成500 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器40%UN以下的量值溯源。按照?qǐng)D1 溯源線(xiàn)路在10%UN、20%UN、30%UN、40%UN時(shí),得到直接比較法測(cè)量的比值誤差和相位誤差如表1所示[9-11]。

        圖1 溯源線(xiàn)路

        表1 直接比較法測(cè)量比值差、相位差

        2 串聯(lián)加法

        由于互感器在40%UN~120%UN的誤差間隔(電壓系數(shù))可通過(guò)串聯(lián)加法推算出,以不高于40%UN為基準(zhǔn),可計(jì)算出40%UN~120%UN下的實(shí)際誤差值。串聯(lián)加法分為全電壓加法和半電壓加法兩種。

        2.1 全電壓加法

        全電壓加法線(xiàn)路如圖2 所示。以500 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器為主標(biāo)準(zhǔn)器,串級(jí)式電壓互感器為被檢設(shè)備。串級(jí)式電壓互感器分為上級(jí)和下級(jí)兩部分,通過(guò)兩個(gè)等高壓電容器將上級(jí)和下級(jí)的電壓完全等分,故上級(jí)或下級(jí)的一次電壓正好為標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的一半。500 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的二次側(cè)與互感器校驗(yàn)儀的a-x 相連,完成供電回路。500 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的二次側(cè)頭端同時(shí)與互感器校驗(yàn)儀k 端相連,串級(jí)式電壓互感器的上級(jí)頭端與互感器校驗(yàn)儀d 端相連,500 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的二次側(cè)尾端與串級(jí)式電壓互感器的下級(jí)尾端相連,同時(shí)與地相連,完成測(cè)差回路[12-13]。

        圖2 全電壓加法線(xiàn)路

        2.2 半電壓加法

        半電壓加法線(xiàn)路如圖3 所示。以500 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器為主標(biāo)準(zhǔn)器,串級(jí)式電壓互感器的上級(jí)(或下級(jí))為被檢設(shè)備。實(shí)際升壓時(shí)各試驗(yàn)點(diǎn)的額定電壓為全電壓加法線(xiàn)路的50%。

        圖3 半電壓加法線(xiàn)路

        2.3 電壓系數(shù)的計(jì)算

        通過(guò)圖2 線(xiàn)路可得到40%UN以上的全電壓試驗(yàn)誤差值ε全。通過(guò)圖3 線(xiàn)路可得到20%UN以上半電壓試驗(yàn)誤差值,其中采用串級(jí)式電壓互感器的上級(jí)為被檢設(shè)備可得到ε上,采用串級(jí)式電壓互感器的下級(jí)為被檢設(shè)備可得到ε下[14-15]。電壓系數(shù)的計(jì)算為

        按照?qǐng)D2 和圖3 的線(xiàn)路,得到ε全、ε上、ε下、Δ的比值誤差和相位誤差如表2和表3所示。

        表2 比值誤差值

        表3 相位誤差值

        3 最終誤差值的計(jì)算

        依據(jù)JJF 1067—2014《工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)裝置》校準(zhǔn)規(guī)范[16],40%UN以上測(cè)量點(diǎn)的最終誤差值按照直接比較法得到的實(shí)測(cè)值(或計(jì)算值)ε與對(duì)應(yīng)額定電壓的電壓系數(shù)Δ按照一定比例相加得到,500 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器推薦算法為

        式中:ε20,ε30,…,ε120分別為20%UN,30%UN,…,120%UN電壓下串聯(lián)加法線(xiàn)路誤差值;Δ40,Δ50,…,Δ120分別為40%UN,50%UN,…,120%UN下電壓系數(shù)值。

        由表1—表3 計(jì)算得到電壓不小于40%UN時(shí)的比值誤差和相位誤差,如表4 所示。由表1 和表4 比較得到全部測(cè)量電壓下最終誤差值,其中在40%UN時(shí)由于存在直接比較法和推算法兩種計(jì)算方法,需將兩種誤差值取平均值,最終誤差值如表5 所示。500kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器準(zhǔn)確度等級(jí)為0.02 級(jí),依據(jù)JJG 314—2010《測(cè)量用電壓互感器》檢定規(guī)程[17],0.02級(jí)電壓互感器比值誤差不超過(guò)200×10-6,相位誤差不超過(guò)200×10-6rad。表5 中所有測(cè)量電壓下誤差值均滿(mǎn)足此項(xiàng)要求,500 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器誤差合格。

        表4 40%UN以上的比值誤差和相位誤差

        表5 最終誤差值

        4 不確定度評(píng)定

        參照J(rèn)JF 1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》校準(zhǔn)規(guī)范[18]規(guī)定并結(jié)合本標(biāo)準(zhǔn)器溯源過(guò)程,500 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器不確定度評(píng)定可從測(cè)量重復(fù)性、多盤(pán)感應(yīng)分壓器引入、220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器引入、誤差測(cè)量裝置引入4部分進(jìn)行評(píng)定。

        4.1 測(cè)量重復(fù)性

        測(cè)量重復(fù)性u(píng)1引入的不確定度為A 類(lèi)不確定度,其主要由外界電磁場(chǎng)變化、互感器接觸電阻變化等引起,因此需要進(jìn)行不少于6 次的獨(dú)立測(cè)量[19]。采用比較法線(xiàn)路,在100%UN條件下對(duì)該500 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器進(jìn)行6 次重復(fù)性測(cè)量(每次測(cè)量均重新接線(xiàn)),得到測(cè)量重復(fù)性比值誤差u1比=0.4×10-6,測(cè)量重復(fù)性相位誤差u1相=0.6×10-6rad。

        4.2 多盤(pán)感應(yīng)分壓器引入

        多盤(pán)感應(yīng)分壓器作為500 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的溯源標(biāo)準(zhǔn)器之一,其本身的不確定度不能忽視,文獻(xiàn)[5]已對(duì)其評(píng)定過(guò)程詳細(xì)說(shuō)明。給出比值誤差u2比=0.54×10-6,相位誤差u2相=0.54×10-6rad。

        4.3 220 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器引入

        220 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器作為500 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的另一臺(tái)溯源標(biāo)準(zhǔn)器,其本身的不確定度亦不能忽視,文獻(xiàn)[8]已對(duì)其評(píng)定過(guò)程詳細(xì)說(shuō)明。給出比值誤差u3比=5.1×10-6,相位誤差u3相=5.2×10-6rad。

        4.4 誤差測(cè)量裝置引入

        誤差測(cè)量裝置主要包括互感器校驗(yàn)儀和其余配套裝置。其中配套裝置引入的不確定度主要由裝置內(nèi)部電磁場(chǎng)變化和接觸電阻變化等引起,該分量在測(cè)量重復(fù)性中已經(jīng)考慮過(guò),故只用考慮互感器校驗(yàn)儀引入的分量u4。該分量按照公式u4=0.02×εmax/計(jì)算,其中εmax為直接比較法和串聯(lián)加法測(cè)量過(guò)程中誤差最大值。同時(shí)考慮比值誤差和相位誤差,經(jīng)計(jì)算比值誤差u4比=0.49×10-6,相位誤差u4相=0.67×10-6rad。

        4.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度的計(jì)算

        合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc由上述4 個(gè)分量合成得到,由于上述4 個(gè)分量彼此不存在關(guān)聯(lián)性,因此uc按照式(3)計(jì)算。

        經(jīng)計(jì)算,比值誤差uc比=5.2×10-6,相位誤差uc相=5.3×10-6rad。

        依據(jù)JJF 1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》校準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定,擴(kuò)展不確定度U由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘以倍率因數(shù)k得到[18],通常k取2,計(jì)算得到比值誤差U比=10.4×10-6,相位誤差U相=10.6×10-6rad。

        5 不確定度比對(duì)驗(yàn)證

        將本次100%UN測(cè)量結(jié)果與國(guó)家高電壓計(jì)量站試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證比對(duì)[20],結(jié)果如表6 所示。采用傳遞比較法對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析,應(yīng)滿(mǎn)足

        表6 驗(yàn)證比對(duì)結(jié)果

        式中:U0為國(guó)家高電壓計(jì)量站試驗(yàn)結(jié)果的擴(kuò)展不確定度,查詢(xún)得到比值誤差U0f=8×10-6,相位誤差U0δ=8×10-6rad。U為本次試驗(yàn)溯源結(jié)果的擴(kuò)展不確定度,比值誤差Uf=10.4×10-6,相位誤差Uδ=10.6×10-6rad。經(jīng)計(jì)算:

        比對(duì)結(jié)果表明500 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的溯源不確定度結(jié)果符合要求。

        6 結(jié)語(yǔ)

        對(duì)500 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的溯源方法進(jìn)行了研究分析,利用實(shí)驗(yàn)室已有220 kV 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器和多盤(pán)感應(yīng)分壓器為主標(biāo)準(zhǔn)器得到40%UN以下誤差值,通過(guò)串聯(lián)加法推算出40%UN以上的電壓系數(shù)并最終得到全量程誤差值。該方法采用本地化溯源方式有效避免了500 kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器長(zhǎng)途運(yùn)輸造成標(biāo)準(zhǔn)器損壞的隱患。

        已對(duì)500 kV 工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)裝置全部6 套主標(biāo)準(zhǔn)器的自校準(zhǔn)溯源方法進(jìn)行了分析和研究,且實(shí)驗(yàn)室已取得500 kV工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)裝置計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核證書(shū),能夠有效保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確可靠性。

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