基于电流比较仪最高标准自校准方法及评定研究

刘 罡，田 奎，张 娜，孙宏伟,修 琼

(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. 国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，辽宁 沈阳 110015；3.辽宁电能发展股份有限公司，辽宁 沈阳 110179;4.国网辽宁电科院计量中心，辽宁 沈阳 110168)

基于电流比较仪最高标准自校准方法及评定研究

刘 罡1，田 奎1，张 娜2，孙宏伟3,修 琼4

(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. 国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，辽宁 沈阳 110015；3.辽宁电能发展股份有限公司，辽宁 沈阳 110179;4.国网辽宁电科院计量中心，辽宁 沈阳 110168)

工频电流比例标准的主标准至少由最高标准电流比较仪、传递标准电流比较仪和工作标准电流比较仪组成。文中对最高标准电流比较仪的自校准方法进行分析，并对校准结果不确定度进行评定，通过传递比较法进行验证，证明数据的合理性。

工频电流比例标准；电流比较仪；最高标准；自校准；不确定度评定

工频电流比例标准作为标准电流互感器量值传递的源头，其校准技术水平对区域内电力生产、电能计量、贸易结算及科学研究均有着重要影响。工频电流比例标准的主标准至少由三部分组成：最高标准电流比较仪、传递标准电流比较仪和工作标准电流比较仪[1]。目前，国网辽宁省电力有限公司计量中心最高标准电流比较仪准确度等级已达到0.000 02级。本文针对该最高标准从计量学角度对其自校准方法进行分析并进行不确定度评定。

1 自校准方法

1.1校准原理

电流比较仪自校线路(空载)如图1所示。图中Tx为补偿式电流比较仪，Txa为Tx的外附辅助电流互感器，二者串联连接。电流比较仪的二次绕组和补偿绕组直接并联连接并通过调零箱接D即接地，调零箱调节等值阻抗Zj平衡，使Zj由内附辅助互感器承担改为由外附辅助互感器承担，比较仪的误差相应略有变化。同时调零箱及其连接导线将电流比较仪和外附辅助电流互感器分开，各自形成二次闭合回路，导线和调零箱通过的是二者的误差电流，其压降微小，可以认为电流比较仪为空载[2]。而所有二次负荷(包括连接导线)均由外附辅助电流互感器承担，与电流比较仪无关。

1.2校准条件

电流比较仪自校准设备如表1所示。依据JJF1068—2000《工频电流比例标准装置》校准规范[3]，评定在温度10～30 ℃、相对湿度30%～75%、接地电阻小于5 Ω的条件下,该电流比较仪5 A/5 A(100%In)档位校准结果的不确定度。

图1 空载电流比较仪自校线路

表1 自校准设备技术参数

2 标准不确定度的分析与评定

由于最高标准电流比较仪的自校准线路中标准设备和被检设备为同一设备，由标准引入的不确定度分量可以忽略不计，故标准不确定度的来源主要有两个方面：电流比较仪测量重复性引入的A类不确定度分量u(x1)和误差化整引入的B类不确定度分量u(x2)。

2.1A类不确定度分量

在工频电流比例标准校准过程中，最高标准电流比较仪的校准是基础，而最高标准的5 A/5 A自校最为关键。故相比于标准电流互感器的校准，电流比较仪的A类不确定度分量显得更加重要。为了确保A类不确定度分量准确可靠，要求周围环境的电磁场尽可能小。同时要求一次极性端、二次极性端的连接导线粗短且外皮包有锡箔屏蔽接地，同时选用小容量调压器并远离最高标准以减小外电磁场的影响。所有应该接地的端钮都应可靠接地，且不能重复接地，每次校准均要重新接线[4]。

在满足上述条件下对最高标准电流比较仪在5 A/5 A档进行n次独立测量(n=10)，取100%In的电流上升值和下降值的平均值作为误差数据，其数据如表2所示[5]。

表2 100%额定电流下比值误差和相位误差的测量数据

采用贝塞尔公式计算测量数据标准偏差：

(1)

由于每次独立测量测得上升值、下降值2次数据，故A类不确定度的计算公式为[6]

(2)

由式(1)、(2)算得比值误差的A类不确定度u(x1)为0.34×10-8，相位误差u(x1)为0.60×10-8rad。

2.2B类不确定度分量

3 合成标准不确定度的评定

合成标准不确定度由A类不确定度分量和B类不确定度分量合成得到，由于两分量相关系数为0，故合成标准不确定度uc按公式3计算。

(3)

由公式(3)得到校准结果合成标准不确定度如表3所示。

表3 校准结果合成标准不确定度

4 扩展不确定度(相对扩展不确定度)的评定

扩展不确定度U是确定校准结果区间的量，合理赋予被测量值分布的大部分含于此区间。扩展不确定度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,其中包含因子k=2,置信概率p=95.45%，uc为合成标准不确定度。经计算得到自校线路的校准结果扩展不确定度(相对扩展不确定度)如表4所示。

表4 校准结果的扩展不确定度

5 校准结果不确定度的验证

为验证该电流比较仪的校准不确定度，采用传递比较法将自校准数据和上级标准对其进行校准的数据进行比对[8]，其中5 A/5 A档位100%额定电流下的比对结果如表5所示。

表5 自校准数据和上级标准校准数据比对结果

通过传递比较法验证表明电流比较仪最高标准的自校准不确定度数据符合要求。

6 结束语

本文介绍了电流比较仪最高标准的自校准方法和校准结果不确定度分析，并依据传递比较法验证了校准数据的正确性。电流比较仪最高标准的自校准仅为全套工频电流比例标准装置校准体系的基础步骤，欲得到全套装置的不确定度评定还需电流比较仪最高标准的互校准线路、电流比较仪传递标准的加法和β线路、电流比较仪工作标准的乘法和除法线路等步骤，相关线路的分析及其校准不确定度的评定还需进一步研究。

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Self Calibration Method and Uncertainty Evaluation of Highest Standard Current Comparator

LIU Gang1, TIAN Kui1, ZHANG Na2,SUN Hongwei3,XIU Qiong4

(1. Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China； 2.State Grid Liaoning Electric Power Company Limited Economic Research Institute, Shenyang，Liaoning 110015, China; 3.Liaoning Electric Power Development Stock Co.,Ltd,Shenyang Liaoning 110179,China； 4.State Grid Liaoning Electric Power Co.,Ltd,Metrological Center,Shenyang,Liaoning 110168,China)

The main standard sets for current ratio standard at power frequency at least consist of the highest standard current comparator, the transfer standard current comparator and the working standard current comparator. In this paper, self calibration method of highest standard current comparator is analyzed. The uncertainty of calibration results is evaluated,and at last it is verified by transfer comparison method in order to prove the rationality of the data.

current ratio standards at power frequency; current comparator; the highest standard; self calibration; uncertainty evaluation

TM933.12

A

1004-7913(2017)09-0051-03

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。

2017-04-26)