朱鎮(zhèn)杰,羅燕紅,呂東瑞,陳昕
(1.廣電計(jì)量檢測集團(tuán)股份有限公司,廣州 510656;2.威凱檢測技術(shù)有限公司,廣州 510663;3.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司汕頭供電局,汕頭 515041)
避雷器作為配網(wǎng)防雷的主要手段,目前在配電線路和配電變壓器上有著廣泛的應(yīng)用[1]。避雷器放電計(jì)數(shù)器主要用于記錄避雷器的放電動(dòng)作次數(shù),當(dāng)避雷器不動(dòng)作計(jì)數(shù)時(shí),則容易造成對(duì)該避雷器性能及狀態(tài)的誤判,若處理不及時(shí)可能會(huì)造成避雷器爆炸等嚴(yán)重后果[2~3]。電力系統(tǒng)規(guī)定避雷器放電計(jì)數(shù)器每年應(yīng)至少檢查一次,通常使用避雷器放電計(jì)數(shù)器校驗(yàn)儀檢查各種避雷器放電計(jì)數(shù)器的可靠性。避雷器放電計(jì)數(shù)器校驗(yàn)儀應(yīng)每年進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn),以確保其測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。但目前還沒有國家、部門計(jì)量檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范,研究和制定避雷器放電計(jì)數(shù)器校驗(yàn)儀校準(zhǔn)方法是非常必要的。
避雷器放電計(jì)數(shù)器校驗(yàn)儀(以下簡稱“校驗(yàn)儀”)用于校驗(yàn)各種避雷器放電計(jì)數(shù)器的可靠性,一般具備“計(jì)數(shù)器動(dòng)作次數(shù)校驗(yàn)”和“毫安表校驗(yàn)”功能模式,現(xiàn)場檢查放電計(jì)數(shù)器動(dòng)作的方法有直流法、交流法和標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流法,以標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流法最為可靠。常見的校驗(yàn)儀均為標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流法,即產(chǎn)生8/20 μs、不小于100 A的沖擊電流波作用于避雷器放電計(jì)數(shù)器,檢查計(jì)數(shù)器動(dòng)作是否正常。校驗(yàn)儀主要由有脈沖電流輸出模塊和標(biāo)準(zhǔn)工頻電流輸出模塊(配套電流表)組成[4~7]。
表1 校準(zhǔn)用測量設(shè)備
因?yàn)榉烹娪?jì)數(shù)器的動(dòng)作靈敏性與沖擊電流的幅值、波形有關(guān),當(dāng)沖擊電流幅值達(dá)不到避雷器動(dòng)作計(jì)數(shù)的啟動(dòng)值時(shí)會(huì)出現(xiàn)放電計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確的情況[8]。根據(jù)校驗(yàn)儀的工作原理和功能要求,其校準(zhǔn)項(xiàng)目主要有:直流電壓、沖擊電流、沖擊電流波前時(shí)間、沖擊電流持續(xù)時(shí)間、交流電流。另外需要考慮將校驗(yàn)儀的“動(dòng)作次數(shù)計(jì)數(shù)功能”檢查作為外觀及通電檢查的其中一部分。
1)直流電壓示值誤差的校準(zhǔn)
接線如圖1所示,將被校校驗(yàn)儀的電流輸出端和直流數(shù)字高壓表電壓采集端相接。設(shè)置被校校準(zhǔn)儀輸出直流電壓值,讀取被校校準(zhǔn)儀電壓示值和直流數(shù)字高電壓表示值。
圖1 直流電壓測試連接圖
2)沖擊電流峰值的校準(zhǔn)[9,10]
接線如圖2所示連接被校校驗(yàn)儀、電流變換器和數(shù)字示波器,按測試開關(guān)鍵,從數(shù)字示波器讀取幅值電壓峰值Upek。
圖2 沖擊電流峰值測試連接圖
3)沖擊電流波前時(shí)間的校準(zhǔn)
接線如圖2所示,設(shè)置、調(diào)節(jié)數(shù)字示波器使一個(gè)完整的脈沖上升沿波形顯示于屏幕中央。測量峰值10 %到90 %的時(shí)間間隔t1。測量對(duì)應(yīng)的短路電流波前時(shí)間t=1.25*t1。波形圖見圖3。
圖3 波前時(shí)間、持續(xù)時(shí)間示意圖
4)沖擊電流持續(xù)時(shí)間的校準(zhǔn)
接線如圖2所示,設(shè)置、調(diào)節(jié)數(shù)字示波器使一個(gè)完整的脈沖波形顯示于屏幕中央。測量電流上升到50 %峰值和下降到50 %峰值兩點(diǎn)之間所對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔t2。測量對(duì)應(yīng)的短路電流持續(xù)時(shí)間t=1.18*t2。波形圖見圖3。
5)交流電流的校準(zhǔn)
接線如圖4所示,用交流數(shù)字電流表對(duì)被校校驗(yàn)儀的電流校驗(yàn)輸出功能進(jìn)行校準(zhǔn)。
圖4 交流電流測試連接圖
按照以上校準(zhǔn)方法進(jìn)行校準(zhǔn),由于不同廠家的校驗(yàn)儀其性能特性存在功能上的差異性以及一定程度上的分散性,筆者選用DYC型校驗(yàn)儀作為典型型號(hào)試品并對(duì)每個(gè)參數(shù)測量3遍取其試驗(yàn)結(jié)果的平均值來消除分散性,數(shù)據(jù)見表2,波形圖見圖5。其沖擊電流8/20 μs的動(dòng)作特性結(jié)果見表3。
圖5 沖擊電流實(shí)測波形圖
表2 校準(zhǔn)結(jié)果
表3 8/20 μs沖擊電流的動(dòng)作特性
以沖擊電流峰值為例,對(duì)其不確定度進(jìn)行評(píng)定。
1)測量模型
式中:
I— 沖擊電流峰值;
K—電流變換器轉(zhuǎn)換系數(shù);
Vn—數(shù)字示波器電壓幅值。
2)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量
①數(shù)字示波器引入的不確定度分量
經(jīng)查詢數(shù)字示波器測量電壓2 V量程的最大允許誤差為±1.5 %,視其為均勻分布,置信因子,則。
②電流變換器引入的不確定度分量
電流變換器轉(zhuǎn)換系數(shù)為K=0.01 A/V,在測量200 A量程的最大允許誤差為±1 %,視其為均勻分布,置信因子,則≈0.58 A/V。
③測量重復(fù)性引入的不確定度分量
在重復(fù)性條件下,對(duì)沖擊電流峰值進(jìn)行連續(xù)10次測量,數(shù)據(jù)見表4。
表4 重復(fù)性測量數(shù)據(jù)
用貝塞爾公式計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為:
3)合成不確定度
①標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表(見表5)
表5 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表
②合成不確定度計(jì)算
以上各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量是互相獨(dú)不相關(guān),則其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度:
4)擴(kuò)展不確定度
取包含因子k=2,則擴(kuò)展不確定度為:
根據(jù)校驗(yàn)儀的沖擊電流最大允差值為±(10~20)%,由于UMPE,因此使用數(shù)字示波器和電流變換器作為標(biāo)準(zhǔn)器的校準(zhǔn)方法能滿足校驗(yàn)儀的沖擊電流峰值的量值溯源要求。同時(shí)從表2、表3和圖5的試驗(yàn)結(jié)果可得出以下結(jié)論:
1)沖擊電流峰值超過100 A時(shí),校驗(yàn)儀的動(dòng)作靈敏性基本與沖擊電流的極性無關(guān);
2)按照本文的校準(zhǔn)方法測量8/20 μs沖擊電流波形,滿足標(biāo)準(zhǔn)雷電流沖擊波的計(jì)量特性;
3)“毫安表校驗(yàn)”功能模式輸出的交流電流為工頻電流;
4)沖擊電流下沖不大于峰值電流的30 %,符合標(biāo)準(zhǔn)雷電流沖擊電流下沖的技術(shù)要求;
5)沖擊電流試驗(yàn)采用直接短路測量方法是符合實(shí)際的,無需接入負(fù)載阻抗。
本文闡述了校驗(yàn)儀的組成、校準(zhǔn)方法以及示值誤差的不確定度評(píng)定分析。依據(jù)校驗(yàn)儀的工作原理,提出直流電壓、沖擊電流、沖擊電流半波時(shí)間、沖擊電流持續(xù)時(shí)間、交流電流五個(gè)測量參數(shù)的校準(zhǔn)方法,使用的標(biāo)準(zhǔn)器主要是數(shù)字示波器、電流變送器、交流數(shù)字電流表和直流數(shù)字高壓表,操作使用簡單,并已通過大量的試驗(yàn)驗(yàn)證校準(zhǔn)方法的可行性及適用性,適于同行機(jī)構(gòu)開展業(yè)務(wù)的推廣應(yīng)用以及制定其檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范提供一定的參考。