高壓開關(guān)是電力系統(tǒng)中*重要的控制和保護(hù)設(shè)備，它可以在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)迅速切斷或閉合高壓電路中的空載電流和負(fù)荷電流。《JJG（機(jī)械）140－1993高壓開關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀檢定規(guī)程》中規(guī)定需要定期對(duì)高壓開關(guān)的分合閘時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)。由于目前滿足高壓開關(guān)特性測(cè)試儀的儀器種類繁多、測(cè)量參數(shù)各異，所以有必要針對(duì)這些儀器開展校準(zhǔn)檢定需要在檢定裝置的基礎(chǔ)上，建立一套可以涵蓋市面上主流高壓開關(guān)特性測(cè)試儀的校準(zhǔn)方法。
1 校準(zhǔn)裝置的特性及技術(shù)參數(shù)
1.1 校準(zhǔn)裝置的工作原理
校準(zhǔn)裝置采用的是KG-11高壓開關(guān)特性測(cè)試儀校準(zhǔn)裝置，其主要的工作原理框圖如圖 1 所示。時(shí)間發(fā)生器控制觸頭模擬器進(jìn)行動(dòng)作，同時(shí)對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)，高壓開關(guān)特性測(cè)試儀檢測(cè)出觸頭電壓從而進(jìn)行校準(zhǔn)。
1.2 校準(zhǔn)裝置的技術(shù)指標(biāo)
本校準(zhǔn)裝置可以同時(shí)對(duì) 3 路開關(guān)進(jìn)行模擬分、合閘以及彈跳動(dòng)作試驗(yàn)，并可以任意設(shè)置3路的動(dòng)作時(shí)間，主要技術(shù)參數(shù)有：標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間輸出范圍1~20 000 ms，*大允許誤差為±0.01 ms。
2 典型試驗(yàn)
由于分閘、合閘時(shí)間的校準(zhǔn)方法、不確定度來(lái)源等的一致性，本文主要分析合閘過(guò)程，分閘可按照相同的過(guò)程得到。
目前市面上的高壓開關(guān)特性測(cè)試儀種類繁多，不同的設(shè)備校準(zhǔn)方法也不盡相同。根據(jù)其內(nèi)置動(dòng)作電源與否，進(jìn)行以下3個(gè)典型的合閘實(shí)驗(yàn)，基本可以涵蓋所有高壓開關(guān)特性測(cè)試儀的校準(zhǔn)方法。
2.1 內(nèi)同步方式1
以型號(hào)為ES-2011的高壓開關(guān)動(dòng)特性測(cè)試儀為例，該設(shè)備可同時(shí)進(jìn)行6路分合閘實(shí)驗(yàn)，能夠產(chǎn)生 220 V 的合閘脈沖。由于其可以產(chǎn)生 220 V 的合閘脈沖，內(nèi)同步方式 1 與校準(zhǔn)裝置的測(cè)量接線如圖2所示。
具體過(guò)程：被校準(zhǔn)設(shè)備內(nèi)部可以產(chǎn)生 220 V的合閘信號(hào)，按照?qǐng)D2所示連線后，首先選擇校準(zhǔn)裝置的合閘試驗(yàn)，設(shè)置好合閘時(shí)間后按開始測(cè)試，進(jìn)入測(cè)試等待中；其次，設(shè)置被校準(zhǔn)設(shè)備使其處于合閘狀態(tài)，發(fā)出合閘信號(hào)后，校準(zhǔn)裝置將顯示實(shí)際合閘時(shí)間，以此達(dá)到校準(zhǔn)被測(cè)設(shè)備的目的。
2.2 內(nèi)同步方式2
以型號(hào)為GKC-H的高壓開關(guān)測(cè)試儀為例，該設(shè)備可同時(shí)進(jìn)行12路斷口的分合閘時(shí)間測(cè)試，機(jī)內(nèi)提供DC 30-250 V/20 A數(shù)字可調(diào)斷路器動(dòng)作電源，可自動(dòng)完成斷路器的低電壓動(dòng)作試驗(yàn)。內(nèi)同步方式2與校準(zhǔn)裝置的測(cè)量接線如圖3所示。
具體測(cè)試過(guò)程中，采用校準(zhǔn)裝置自帶的220 V直流電源。待線路接好后，再打開電源輸出端開關(guān)。其他操作過(guò)程和內(nèi)同步方式1一致。
2.3 外同步方式
以型號(hào)為GKTJ-8（B）的高壓開關(guān)綜合測(cè)試儀為例，該設(shè)備可同時(shí)進(jìn)行 3 路斷口的分合閘時(shí)間測(cè)試，自身不產(chǎn)生220 V的合閘信號(hào)，需要外部提供。外同步方式與校準(zhǔn)裝置的測(cè)量接線如圖 4所示。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
以內(nèi)同步方式1為例，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
4 合閘時(shí)間不確定評(píng)定
4.1 合閘時(shí)間測(cè)量方法及模型建立
高壓開關(guān)動(dòng)特性測(cè)試儀合閘時(shí)間校準(zhǔn)的測(cè)量不確定度來(lái)源主要有：被校準(zhǔn)的高壓開關(guān)動(dòng)特性測(cè)試儀分閘時(shí)間的重復(fù)性誤差引入的不確定度分量；校準(zhǔn)裝置計(jì)量性能引入的不確定度；開關(guān)特性測(cè)試儀分辨率引入的不確定度。合閘時(shí)間的數(shù)學(xué)模型為：
δ = T示 - T標(biāo) （1）
式中，δ 為示值誤差；T示 為被校準(zhǔn)開關(guān)儀的示值；
T標(biāo) 為校準(zhǔn)裝置的示值。
4.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定
重復(fù)性引入的不確定度分析：在重復(fù)條件下，對(duì) ES-2011 高壓開關(guān)動(dòng)特性測(cè)試儀進(jìn)行連續(xù) 10次100 ms合閘時(shí)間測(cè)試，所得數(shù)據(jù)如表2所示。
所得標(biāo)準(zhǔn)差為u(δ1)= s =∑i = 110(xi - xˉ)210 - 1 = 0.082 ms （2）
被校準(zhǔn)開關(guān)特性測(cè)試儀引入的不確定度分析：校準(zhǔn)裝置分辨率為0.01 ms，設(shè)定為均勻分布，置信因子為 3 ，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
u(δ2)= 0.012 3= 0.003 ms （3）
JJF1059.1-2012 明確指出，測(cè)量重復(fù)性導(dǎo)致的不確定度中包含了由于分辨力不足引起的測(cè)量值的變化，同一種效應(yīng)導(dǎo)致的不確定度作為一個(gè)分量引入時(shí)，不應(yīng)該再包含其他另外的分量。因此，在重復(fù)性導(dǎo)致的分量與分辨力導(dǎo)致的分量相互包容的情況下，取 u(δ1) 和 u(δ2) 兩者中的*大值。因?yàn)?u(δ1) ＞ u(δ2) ，所以取 u(δ1) =0.082 ms。校準(zhǔn)裝置引入的不確定度分析：校準(zhǔn)裝置*大允許誤差為 0.01 ms，設(shè)定為均勻分布，置信因子為 3 ，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
u(δ3)= 0.012 3= 0.003 ms （4）
校準(zhǔn)裝置傳輸時(shí)間引入的不確定度分析：由于校準(zhǔn)裝置采用的是高速光耦，光耦的傳輸時(shí)間是納秒級(jí)，所以對(duì)于分辨率 0.01 ms 可以忽略不計(jì)。此外，校準(zhǔn)是在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，環(huán)境變化引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度也可以忽略不計(jì)。即u(δ4)= 0.0053 = 0 （5）
合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算：由于各不確定度分量彼此不相關(guān)，各靈敏度系數(shù)均為1，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
uc = (u(δ1) ) 2 + +u(δ3)2 + u(δ4)2 = 0.082 ms （6）
擴(kuò)展不確定度計(jì)算：取包含因子k=2，則U=k uc =0.16 ms （7）
由以上分析可知，評(píng)定的不確定度 0.16%與高壓開關(guān)特性測(cè)試儀合閘時(shí)間測(cè)量準(zhǔn)確度 0.5%相比，滿足小于1/3的要求，所以本方法有效可行。
5 結(jié)束語(yǔ)
在長(zhǎng)期實(shí)踐使用經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，本文介紹了使用KG-11高壓開關(guān)特性測(cè)試儀校準(zhǔn)裝置進(jìn)行分合閘時(shí)間校準(zhǔn)的 3 種方法，并給出了針對(duì)市面上三類典型的高壓開關(guān)特性測(cè)試儀的校準(zhǔn)接線圖，同時(shí)進(jìn)行了合閘時(shí)間測(cè)量不確定度的評(píng)定。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，本校準(zhǔn)裝置操作簡(jiǎn)單、精度高，可以開展高壓開關(guān)特性測(cè)試儀的校準(zhǔn)工作。
