刘 罡，姜春阳，曾 辉

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.中国电力科学研究院，湖北 武汉 430074）

工频电压比例标准多盘感应分压器校准线路分析及校准结果不确定度评定

刘 罡1，姜春阳2，曾 辉1

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.中国电力科学研究院，湖北 武汉 430074）

多盘感应分压器是工频电压比例标准装置中应用最广泛的感应分压器，其下级所有标准互感器的不确定度评定都需要考虑多盘感应分压器引入的不确定度分量。对多盘感应分压器的校准线路进行了分析，并对标准不确定度进行了评定，选取了重复性测量、标准器及误差测量装置等3个主要分量作为不确定度来源。最后取包含因子为2，对扩展不确定度和最佳估计值进行了计算。

工频电压比例标准；多盘感应分压器；不确定度评定；最佳估计值

多盘分压器是工频电压比例标准装置中除单盘感应分压器外第二高准确度等级的主标准器。在工频电压比例标准的校准过程中，由于每一台互感器的低端参考点标定和高端曲线测量均需使用多盘感应分压器，且在每一台互感器的不确定度评定均需考虑多盘感应分压器引入的不确定度分量，因此多盘感应分压器的误差测量和不确定度评定尤为重要［1－2］。本文在大量重复性测量的基础上，分析总结多盘感应分压器的校准结果不确定度评定方法，为下一级互感器标准器的不确定度评定打下良好基础。

1 校准线路分析

依据 《工频电压比例标准装置校准规范》JJF1067—2014，多盘感应分压器采用整体法进行校准［3］，摆放位置如图1所示。以单盘感应分压器为标准设备，多盘感应分压器为被检设备，试验变压器为升压设备，互感器校验仪为误差测量显示设备。校准线路如图2所示。试验变压器的输入端接工频单相电源，输出端与单盘感应分压器的励磁绕组、屏蔽绕组、比例绕组以及多盘感应分压器的a－x绕组、a0－x0绕组并联；互感器校验仪供电回路Uref端子与单盘感应分压器励磁绕组低端相连，O端子和单盘感应分压器励磁绕组所测的段位相连同时与地相连；互感器校验仪测差回路Ux端子与单盘感应分压器比例绕组所测的段位相连，Un端子和多盘感应分压器的输出端子相连。单盘感应分压器所测的段位由单盘的分数表示，多盘感应分压器所测的段位由7个盘组成的小数表示，两者的对应关系如表1所示。由表1可得，完成单盘感应分压器十段、九段和七段的段位校准即可覆盖多盘感应分压器的全部盘位［4－5］。

图1 摆放位置

图2 校准线路

表1 单盘感应分压器、多盘感应分压器段位赋值对应表

2 标准不确定度评定

采用整体法校准时，多盘感应分压器的校准结果不确定度主要由A类分量和B类分量组成［6－7］。A类分量取多盘感应分压器重复性测量数据的最大值u（x1），B类分量包括标准器引入的不确定度分量u（x2）和误差测量装置引入的不确定度分量u（x3）。

2.1 测量重复性引入的不确定度分量

多盘感应分压器的校准段位需要按照表1所示的24个标准比例段位逐一进行校准。同时，由于标准设备和被检设备的准确度等级较高，为了抵消电源对测量误差的影响，需要用倒换极性方法计算出正反电源极性下测量平均值。为了测量每个段位的重复性测量数据，需要对每个段位均进行6次独立测量。u（x1）为24个段位中最大的数值，本文仅说明测量方法，直接给出1／7段为比值误差重复性测量最大值，3／7段为相位误差重复性测量最大值，重复性测量数据由表2所示 （每次测量结果为正、反向电源测量线路的平均值）。

表2 重复性测量数据

计算单次测量试验标准偏差：

由式 （1） 算得比值误差 s为 0.24×10－6， 相位误差 s为 0.23×10－6rad。

取6次测量的算数平均值的试验标准偏差作为测量重复性引入的不确定度分量，故测量重复性引入的不确定度分量的计算公式为

由式 （2）算得测量重复性引入的不确定度分量比值误差 u （x1） 为 0.098×10－6， 相位误差u （x1）为 0.094×10－6rad。

2.2 标准器引入的不确定度分量

由于对多盘感应分压器进行校准时采用的标准器为单盘感应分压器，故标准器的引入的不确定度分量为单盘感应分压器的合成标准不确定度，主要由单盘感应分压器重复性测量引入的不确定度分量、校验仪引入的不确定度分量和屏蔽误差引入的不确定度分量组成。前期相关论文已经单独对单盘感应分压器的不确定度进行了详细评定，本文直接给出比值误差u（x2） 为0.25×10－6，相位误差为0.25×10－6rad。

2.3 误差测量装置引入的不确定度分量

误差测量装置引入的不确定度主要由电工式互感器校验仪引起， 由 u （x3） ＝ 0.1εmax／1.7得到［3］，εmax为校验仪测量读数最大绝对值。对表1中24个段位的校验仪读数进行统计，得到比值误差 εmax＝0.39×10－6， 相位误差 εmax＝0.42×10－6rad。故校验仪引入的不确定度比值误差 u（x3）为0.023×10－6， 相位误差 u （x3） 为 0.025×10－6rad。

2.4 合成标准不确定度的计算

合成标准不确定度由测量重复性引入的不确定度分量、标准器引入的不确定度分量和误差测量装置引入的不确定度分量合成得到，由于3分量相关系数为0，故合成标准不确定度uc按式 （3）计算：

由式 （3）得到合成标准不确定度如表 3所示。

表3 合成标准不确定度

3 扩展不确定度评定

扩展不确定度U是确定校准结果区间的量，由相应的合成标准不确定度乘以包含因子计算得到，即：U＝kuc，通常取包含因子k＝2，包含概率p＝95.45%，uc为合成标准不确定度。经计算得到多盘感应分压器校准结果扩展不确定度 （相对扩展不确定度）如表4所示 （保留两位有效数字）。

表4 校准结果的扩展不确定度

4 校准结果最佳估计值的计算

多盘感应分压器24个段位的最佳估计值由本文整体法的测量值与单盘感应分压器的自校准误差值合成得到，即每一个段位的多盘感应分压器的测量值与其对应段位的单盘感应分压器的自校准误差值相加。单盘感应分压器的自校准误差值在前期试验中已经得到，多盘感应分压器的测量值由本文采用的整体法测量得到［8］。由于24个段位的校准结果数据过于庞大，本文仅为介绍计算方法，选取重复性试验中1／7段的比值误差和3／7段的相位误差进行说明，计算结果如表5所示。

表5 多盘感应分压器最佳估计值举例

通过合成最佳估计值以及扩展不确定度的计算得知：多盘感应分压器1／7段的比值误差有95%的概率在 （－0.02±0.54） ×10－6区间内， 3／7 段的相位误差有95%的概率在 （－0.31±0.54） ×10－6rad区间内。

5 结束语

本文对工频电压比例标准中多盘感应分压器的校准线路进行了分析，并对标准不确定度进行了评定，最后对扩展不确定度和最佳估计值进行了计算。其中多盘感应分压器的标准不确定度可以作为工频电压比例标准中的10 kV双级电压互感器、110 kV精密电压互感器、220 kV标准电压互感器、500 kV标准电压互感器等后续主标准器不确定度评定的一个分量；扩展不确定度和最佳估计值可以以校准证书和不确定度评定报告的形式作为多盘感应分压器具有完整溯源性和合格误差值的重要依据。

［1］ 王 勤，雷 民，周 峰，等.500 kV工频电压加法自校准技术研究与应用 ［J］.电测与仪表，2013，50（4）：86－89.

［2］ 雷 民，周 峰，项 琼，等.新一代110 kV工频电压比例标准装置及其应用 ［J］.电能质量，2013，30 （3）：71－75.

［3］ 工频电压比例标准装置校准规范：JJF 1067—2014［S］.

［4］ 刘 罡，涂 萱，房 琛，等.降低电压互感器二次回路压降方法 ［J］.东北电力技术， 2014， 35 （12）： 14－16.

［5］ 刘振波.220 kV电容式电压互感器计量误差的现场检测［J］.东北电力技术， 2007， 28 （3）： 22－24.

［6］ 测量用电压互感器检定规程：JJG 314—2010［S］.

［7］ 测量不确定度评定与表示：JJF 1059.1—2012［S］.

［8］ 刘 罡，于 洋，韩佳妤，等.电容式电压互感器二次端子箱接地点虚接对现场检定的影响 ［J］.东北电力技术，2015， 36 （6）： 17－19.

Circuit Analysis and Uncertainty Evaluation of Multiple Winding Inductive Voltage Divider for Apparatus of Voltage Ratio Standards at Power Frequency

LIU Gang1， JIANG Chunyang2， ZENG Hui1

（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.， Ltd.， Shenyang， Liaoning 110006， China；2.China Electric Power Research Institute， Wuhan， Hubei430074， China）

Multiple winding inductive voltage divider is the most widely used inductive voltage divider in apparatus of voltage ratio standards at power frequency.The uncertainty evaluation of all standard transformers in the lower levelneed to take into account the uncertainty components introduced by themultiwinding inductive divider.In this paper，the calibration circuitofmultiplewinding induction voltage divider is analyzed.The sources of uncertainty are evaluated from three main ways such as repeatability measurement，standards and errormeasuring equipment.Finally，we take the coverage factor to be 2 and both the extended uncertainty and the best estimate are calculated.

voltage ratio standards at power frequency； multiple winding inductive voltage divider； uncertainty evaluation； the best estimate value

TM93

A

1004－7913（2017）11－0060－03

刘 罡 （1985），男，硕士，高级工程师，主要从事电能计量的试验与研究工作。

2017－07－20）