高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀測(cè)量結(jié)果的不確定度分析

  高壓斷路器或稱(chēng)高壓開(kāi)關(guān)，是電力系統(tǒng)中十分重要的控制和保護(hù)設(shè)備，它不僅可以切斷或者閉合高壓電路中的空載或負(fù)載電流，而且在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)可以通過(guò)繼電器的配合切斷過(guò)負(fù)荷電流或者短路電流，保證電網(wǎng)無(wú)故障部分的正常運(yùn)行。為了滿(mǎn)足高壓開(kāi)關(guān)的試驗(yàn)要求，近年來(lái)市場(chǎng)上出現(xiàn)多種高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀，JJG 1120—2015 《高壓開(kāi)關(guān)動(dòng)作特性測(cè)試儀檢定規(guī)程》 也正式發(fā)布，其中對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的檢定都做了相應(yīng)的規(guī) 定。為滿(mǎn)足該類(lèi)設(shè)備的量值溯源的要求，采用高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀校驗(yàn)裝置作為標(biāo)準(zhǔn)器，對(duì)各參數(shù)示值誤差的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度分析。

1 高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀校驗(yàn)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(zhǔn)裝置為 KG-11 高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀校驗(yàn)裝置，模擬被測(cè)高壓開(kāi)關(guān)觸頭產(chǎn)生預(yù)定的動(dòng)作，時(shí)間發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作時(shí)間，同時(shí)反饋出電壓信號(hào)，供被測(cè)高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀進(jìn)行計(jì)時(shí)，比較二者測(cè)得時(shí)間的差異。系統(tǒng)原理圖如圖 1 所示。

1. 2 時(shí)間校驗(yàn)范圍

三路合閘時(shí)間: 1 ～ 20 000 ms; 三路分閘時(shí)間: 1 ～ 20 000 ms; 三路彈跳時(shí)間: 1 ～ 20 000 ms;時(shí)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(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀測(cè)量結(jié)果的不確定評(píng)定

根據(jù) KG-11 高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀校驗(yàn)裝置的技術(shù)說(shuō)明書(shū)所示，合閘時(shí)間、分閘時(shí)間、彈跳時(shí)間的技術(shù)指標(biāo)均相同，故僅對(duì)合閘時(shí)間進(jìn)行評(píng)定。同時(shí)合閘時(shí)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(kāi)進(jìn)行評(píng)定。

2. 1 合閘時(shí)間的不確定評(píng)定 ( 1 ～ 1 000 ms)

2. 1. 1 數(shù)學(xué)模型δ = Ti － T0

式中: δ 為合閘時(shí)間的示值誤差; Ti 為被檢高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀的示值; T0 為高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀

校驗(yàn)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(cè)量不確定度的來(lái)源

( 1) 測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 uA。

( 2) 高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀校驗(yàn)裝置的測(cè)量誤小于設(shè)定值的 5 × 10 － 6。差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 uB1。

( 3) 高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀校驗(yàn)裝置的分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 uB2。

2. 1. 4 測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定選取 GKC-F 型高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀為被測(cè)對(duì)象，選擇內(nèi)觸發(fā)測(cè)試模式，進(jìn)行連續(xù) 10 次 100 ms的合閘時(shí)間測(cè)試，所得數(shù)據(jù)如表 1 所示。

通過(guò)貝塞爾公式將 10 組數(shù)據(jù)代入，計(jì)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(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀校驗(yàn)裝置的測(cè)量誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定根據(jù) KG-11 高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀的技術(shù)說(shuō)明書(shū)所示，合閘時(shí)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(biāo)準(zhǔn)不確定度 uB1為:

uB1 = ak = 0. 005槡3 = 0. 002 9( ms)

2. 1. 6 高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀校驗(yàn)裝置的分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定KG-11 高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀校驗(yàn)裝置在100 ms 測(cè)試點(diǎn)時(shí)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(biāo)準(zhǔn)不確定度 uB2為:

uB2 = ak = 0. 005槡3 = 0. 002 9( ms)

2. 1. 7 高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀校驗(yàn)裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成uB = u2B1 + u2槡 B2 = 0. 042( ms)

2. 1. 8 高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀合閘時(shí)間測(cè)量誤差的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定輸入量彼此并不相關(guān)，所以合成不確定度按下式計(jì)算:

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

擴(kuò)展不確定度計(jì)算，取包含因子 k = 2，則:

U = kuC = 0. 14( ms)

相對(duì)擴(kuò)展不確定度:

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

2. 2 合閘時(shí)間的不確定評(píng)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(shí)間的示值誤差; Ti 為被檢高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀的示值; T0 為高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀校驗(yàn)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(cè)量不確定度的來(lái)源

( 1) 測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 uA。

( 2) 高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀校驗(yàn)裝置的測(cè)量誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 uB1。

( 3) 高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀校驗(yàn)裝置的分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 uB2。

2. 2. 4 測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定選取 GKC-F 型高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀為被測(cè)對(duì)

所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

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

3. 3 測(cè)量結(jié)果的表述

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

4 結(jié)束語(yǔ)

本文僅以鉗形電流表在 50 Hz、100 A 測(cè)量點(diǎn)為例，對(duì) 2 種不同校準(zhǔn)方法的測(cè)量不確定度進(jìn)行了討論，相應(yīng)的其他測(cè)量點(diǎn)可通過(guò)相似的算法進(jìn)行評(píng)定，在此不再贅述。可以看出，采用不同的校準(zhǔn)方法和不同的標(biāo)準(zhǔn)器，對(duì)*終的測(cè)量不確定度有很大的影響，以此文為校準(zhǔn)方法選擇及標(biāo)準(zhǔn)器選擇提供參考。