刘 罡，常 源，曹 兵，刘 化，聂作钦

(国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006)

工频电流比例标准主要由电流比较仪最高标准、传递标准和工作标准组成。通过自校准完成量值复现的最高标准和传递标准采用乘法线路或除法线路即可对工作标准完成量值传递，而工作标准可直接采用比较法对下级的双级电流互感器或电流互感器完成量值传递。因此工作标准器是承上启下的关键设备。目前国网辽宁省电力有限公司计量中心的电流比较仪工作标准变比为(0.1 A～5 000 A)/5 A，准确度等级为0.000 5级。该工作标准的所有变比中，(1 A～500 A)/5 A已为传递标准，不在本文的讨论范围之内。只有当电流比为(0.1 A～0.8 A)/5 A和(600 A～5 000 A)/5 A时，该电流比较仪才是真正意义上的工作标准。其中，(0.1 A～0.8 A)/5 A通常采用除法线路进行量值传递，(600 A～5 000 A)/5A 采用乘法线路进行量值传递，本文对该电流比较仪(600 A～5 000 A)/5 A变比下的校准线路进行分析，并对校准结果不确定度进行评定。

1 工作标准乘法线路分析

工作标准的乘法线路如图1所示。A和B为传递标准，变比分别为n/1、m/1。Taa和Tba分别为A和B的辅助电流互感器，其一次绕组和二次绕组分别与各自的一次绕组和二次绕组相连。C为工作标准电流比较仪，变比为nm/1。ZF为调零箱，Z为负荷箱，HEG1为电流互感器校验仪。升流器与B的一次绕组、C的一次绕组串联，B的二次绕组和A的一次绕组级联，C的二次绕组和A的二次绕组串联同时与互感器校验仪的TX、TO端子相连。HEG1的K端子与A的二次尾端相连，D端子与C的二次尾端相连同时与地相连，J端子和C的二次补偿绕组相连。通过升流器的升流在B和C的一次绕组达到规定的电流，TX、TO监视二次绕组电流，K、D之间产生差流即可完成乘法线路的校准试验。若A的误差为εA，B的误差为εB，乘法线路的误差为εb，则C的误差εC由式(1)计算：

εC=εb+εB+εA

(1)

在实际校准过程中，由于A选用0.000 02级电流比较仪，B选用0.000 1级电流比较仪，故比较仪A的误差可忽略不计，则工作标准C的误差εC由式(2)计算：

εC=εb+εB

(2)

图1 工作标准的乘法线路图

2 测量试验

电流比较仪工作标准(600 A～5 000 A)/5 A电流比的校准通过最高标准A和传递标准B组成乘法线路完成。其中A误差忽略不计，B的误差在有关论文中已经算得[1-2]，本文直接按式(2)算出单次测量结果，比值误差f和相位误差δ如表1所示。

表1 工作标准(600 A～5 000 A)/5 A电流比的单次测量结果

3 不确定度的分析与评定

依据JJF 1068—2000《工频电流比例标准装置》校准规范，乘法线路的不确定度来源主要有两部分：取不少于6次的单次测量测量结果进行统计，得到的标准偏差作为标准不确定度s1(A类不确定度)；通过乘法线路途经和比较线路途经得到误差值得出偏差，分别按每个电流比计算差值的标准偏差s2(A类不确定度)[3-5]。 然而对于工作标准而言，无法找到相同变比的传递标准或最高标准进行比较线路校准，故乘法线路的不确定度选取3个部分：单次测量重复性引入的不确定度分量μ(x1)、标准器B引入的不确定度分量μ(x2)B和互感器校验仪引入的不确定度分量μ(x2)。

3.1 测量重复性引入的不确定度分量

按照单次测量的方法，以600 A/5 A为例，对工作标准重复性试验，并进行统计[6]，得到测量的平均值及试验标准偏差，如表2所示。实验标准偏差按照式(3)计算。

(3)

表2 工作标准测量重复性试验测量结果

由于每次独立测量测得正向电源误差值、反向电源误差值21次数据，故测量重复性引入的不确定度计算公式为

(4)

由式(4)算出测量重复性引入的不确定度比值误差u(x1)=0.39×10-8，相位误差u(x2)=0.59×10-8rad。本次测量重复性计算仅选取600 A/5 A 一个变比的测量重复性引入的不确定度分量，故结果有所偏小。实际评定时，需选取(600 A～5 000 A)所有变比试验标准偏差的最大值作为工作标准测量重复性引入的不确定度分量。

3.2 标准器B引入的不确定度分量

标准器B即传递标准的不确定度主要指(60 A～500 A)/5 A这一区间引入的不确定度，主要由比较线路和乘法线路各自引入的不确定度合成得到[7]。相关论文对此已进行了讨论[8]，本文直接算出比值误差u(x2)=9.3×10-8，相位误差u(x2)=10.7×10-8rad。

3.3 互感器校验仪引入的不确定度分量

互感器校验仪引入的不确定度分量u(x3)依据u(x3)=0.1εmax/1.7。εmax为被检互感器的最大允许误差。本文被检工作标准电流比较仪为0.000 5级，故最大允许误差比值误差为500×10-8，相位误差为500×10-8rad。计算得到互感器校验仪引入的不确定度分量比值误差u(x3)=29.4×10-8，相位误差u(x3)=29.4×10-8rad。

4 合成标准不确定度和扩展不确定度的计算

合成标准不确定度由各分量合成得到，由于3个分量相关系数为0，故合成标准不确定度uc按式(3)计算[9]：

(5)

由式(5)得到工作标准的合成标准不确定度，如表3所示。

表3 工作标准合成标准不确定度

扩展不确定度由合成标准不确定度乘以包含因子计算得到U=kuc,本文取包含因子k=2,包含概率p=95.45%，uc为合成标准不确定度。经计算得到工作标准的校准结果扩展不确定度，如表4所示。

表4 工作标准校准结果的扩展不确定度

5 不确定度的验证

为验证工作标准的校准不确定度，采用传递比较法将本单位校准数据和上级单位校准数据进行对比，其中600 A/5 A档位20%额定电流下的对比结果如表5所示。

表5 本单位校准数据和上级单位校准数据比对结果

通过传递比较法的验证表明：工作标准乘法线路的不确定度数据符合要求。

6 结束语

本文对0.000 5级电流比较仪工作标准的乘法线路进行了分析，并从3个来源对乘法线路不确定度进行评定，计算合成标准不确定度和扩展不确定度，通过传递比较法验证了不确定度数据的准确性。由于工作标准由乘法线路和除法线路两部分组成，本文仅对乘法线路进行了评定，最终的不确定度为乘法线路不确定度和除法线路不确定度的最大值。故工作标准最终的不确定度需对乘法线路和除法线路分别统计后得到，除法线路的原理和试验分析以及不确定度评定需进一步进行讨论。