高壓開關(guān)特性測試儀測量結(jié)果的不確定度分析

  高壓斷路器或稱高壓開關(guān)，是電力系統(tǒng)中十分重要的控制和保護設(shè)備，它不僅可以切斷或者閉合高壓電路中的空載或負載電流，而且在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時可以通過繼電器的配合切斷過負荷電流或者短路電流，保證電網(wǎng)無故障部分的正常運行。為了滿足高壓開關(guān)的試驗要求，近年來市場上出現(xiàn)多種高壓開關(guān)特性測試儀，JJG 1120—2015 《高壓開關(guān)動作特性測試儀檢定規(guī)程》 也正式發(fā)布，其中對各項參數(shù)的檢定都做了相應(yīng)的規(guī) 定。為滿足該類設(shè)備的量值溯源的要求，采用高壓開關(guān)特性測試儀校驗裝置作為標準器，對各參數(shù)示值誤差的測量結(jié)果進行不確定度分析。

1 高壓開關(guān)特性測試儀校驗裝置的原理及

技術(shù)參數(shù)

1. 1 工作原理

本文采用的校準裝置為 KG-11 高壓開關(guān)特性測試儀校驗裝置，模擬被測高壓開關(guān)觸頭產(chǎn)生預(yù)定的動作，時間發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)的動作時間，同時反饋出電壓信號，供被測高壓開關(guān)特性測試儀進行計時，比較二者測得時間的差異。系統(tǒng)原理圖如圖 1 所示。

1. 2 時間校驗范圍

三路合閘時間: 1 ～ 20 000 ms; 三路分閘時間: 1 ～ 20 000 ms; 三路彈跳時間: 1 ～ 20 000 ms;時間均可任意設(shè)置。

1. 3 允許誤差

參數(shù): 1 ～ 1 000 ms 小于 5 μs，1 000 ～ 20 000 ms

2 高壓開關(guān)特性測試儀測量結(jié)果的不確定評定

根據(jù) KG-11 高壓開關(guān)機械特性測試儀校驗裝置的技術(shù)說明書所示，合閘時間、分閘時間、彈跳時間的技術(shù)指標均相同，故僅對合閘時間進行評定。同時合閘時間參數(shù)在 1 000 ms 以下和以上的允許誤差并不相同，所以需要分開進行評定。

2. 1 合閘時間的不確定評定 ( 1 ～ 1 000 ms)

2. 1. 1 數(shù)學(xué)模型δ = Ti － T0

式中: δ 為合閘時間的示值誤差; Ti 為被檢高壓開關(guān)特性測試儀的示值; T0 為高壓開關(guān)特性測試儀

校驗裝置的示值。

2. 1. 2 靈敏系數(shù)

c1 = δTi= 1 c2 = δT0= － 1

2. 1. 3 測量不確定度的來源

( 1) 測量重復(fù)性引入的標準不確定度分量 uA。

( 2) 高壓開關(guān)特性測試儀校驗裝置的測量誤小于設(shè)定值的 5 × 10 － 6。差引入的標準不確定度分量 uB1。

( 3) 高壓開關(guān)特性測試儀校驗裝置的分辨力引入的標準不確定度分量 uB2。

2. 1. 4 測量重復(fù)性引入的標準不確定度評定選取 GKC-F 型高壓開關(guān)特性測試儀為被測對象，選擇內(nèi)觸發(fā)測試模式，進行連續(xù) 10 次 100 ms的合閘時間測試，所得數(shù)據(jù)如表 1 所示。

通過貝塞爾公式將 10 組數(shù)據(jù)代入，計算可得:

s =∑ni = 1( Ti － T0 ) 2槡 n － 1 = 0. 053( ms)uA = s = 0. 053( ms)

2. 1. 5 高壓開關(guān)特性測試儀校驗裝置的測量誤差引入的標準不確定度評定根據(jù) KG-11 高壓開關(guān)機械特性測試儀的技術(shù)說明書所示，合閘時間在 1 ～ 1 000 ms 小于5 μs，在此區(qū)間服從均勻分布，包含因子 k = 槡3，區(qū)間半寬a = 5 μs，則標準不確定度 uB1為:

uB1 = ak = 0. 005槡3 = 0. 002 9( ms)

2. 1. 6 高壓開關(guān)特性測試儀校驗裝置的分辨力引入的標準不確定度評定KG-11 高壓開關(guān)機械特性測試儀校驗裝置在100 ms 測試點時的分辨力為 0. 01 ms，服從均勻分布，包含因子 k = 槡3，區(qū)間半寬 a = 0. 005 ms，則標準不確定度 uB2為:

uB2 = ak = 0. 005槡3 = 0. 002 9( ms)

2. 1. 7 高壓開關(guān)特性測試儀校驗裝置引入的標準不確定度合成uB = u2B1 + u2槡 B2 = 0. 042( ms)

2. 1. 8 高壓開關(guān)特性測試儀合閘時間測量誤差的合成標準不確定度評定輸入量彼此并不相關(guān)，所以合成不確定度按下式計算:

uC = c21 u2A + c21 u2槡 B2 = 0. 068( ms)

擴展不確定度計算，取包含因子 k = 2，則:

U = kuC = 0. 14( ms)

相對擴展不確定度:

Urel = U100 × 100% = 0. 14100 × 100% = 0. 14%

2. 2 合閘時間的不確定評定 ( 1 000 ～ 20 000 ms)

2. 2. 1 數(shù)學(xué)模型

δ = Ti － T0

式中: δ 為合閘時間的示值誤差; Ti 為被檢高壓開關(guān)特性測試儀的示值; T0 為高壓開關(guān)特性測試儀校驗裝置的示值。

2. 2. 2 靈敏系數(shù)c1 = δTi= 1 c2 = δT0= － 1

2. 2. 3 測量不確定度的來源

( 1) 測量重復(fù)性引入的標準不確定度分量 uA。

( 2) 高壓開關(guān)特性測試儀校驗裝置的測量誤差引入的標準不確定度分量 uB1。

( 3) 高壓開關(guān)特性測試儀校驗裝置的分辨力引入的標準不確定度分量 uB2。

2. 2. 4 測量重復(fù)性引入的標準不確定度評定選取 GKC-F 型高壓開關(guān)特性測試儀為被測對

所以合成標準不確定度為:

uc = u211 ( I) + c22 u22 ( I0 ) + c23 u23 槡 ( Ki ) = 0. 59( A)取 k = 2，則擴展不確定度為:U = kuc = 1. 2 ( A)

3. 3 測量結(jié)果的表述

在本例中，鉗形電流表交流 50 Hz 時 100 A 示值的校準結(jié)果為: 示值誤差為 0. 4 A，其擴展不確定度為 1. 2 A ( k = 2) ，如表 5 所示。

4 結(jié)束語

本文僅以鉗形電流表在 50 Hz、100 A 測量點為例，對 2 種不同校準方法的測量不確定度進行了討論，相應(yīng)的其他測量點可通過相似的算法進行評定，在此不再贅述?？梢钥闯?，采用不同的校準方法和不同的標準器，對*終的測量不確定度有很大的影響，以此文為校準方法選擇及標準器選擇提供參考。