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电压互感器测量不确定度评定及减小方法探讨

2025-03-16 10 上传者：管理员

摘要：电压互感器比值误差、相位误差结果测量不确定度评定过程复杂，标准不确定度分量众多。通过对实际工作中的经验进行总结，以电压互感器比值误差、相位误差结果测量不确定度评定为例来说明测量不确定度评定方法，并提出减小测量不确定度影响的方法。

关键词：
比值误差
测量不确定度
电力系统
电压互感器
相位误差
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电压互感器是电力系统中重要的电气设备,用于将高电压按比例转换为便于测量和控制的低电压｡电压互感器利用电磁感应原理,通过一次绕组与高压电源相连,二次绕组输出按比例缩小的电压｡在理想情况下,电压互感器的输出电压应严格等于输入电压与变比的乘积｡但在实际测量中,由于各种因素的影响,输出电压与理论值会存在一定的偏差｡因此,电压互感器的测量结果会引入一定的不确定度｡本文以电压互感器比差误差､相位误差结果的不确定度评定为例,深入探讨测量不确定度的来源､影响因素,以及评估方法,以期为提高电压互感器的测量精度和推动计量技术的发展提供参考｡

1、不确定度评定

1)测量依据:JJG314—2010《测量用电压互感器》｡

2)计量标准:电压互感器检定装置,准确度为0.002级,变比为10000V/100V｡

3)测量对象:电压互感器,准确度为0.01级,变比为10000V/100V｡

4)测量方法:在环境温度为10~35℃,相对湿度≤80%的条件下,将标准电压互感器与被校电压互感器在相同额定变比的条件下采用比较法进行测量,将在互感器检验仪上测得的10次比差值､角差值作为被测电压互感器在额定变比时的比差值､角差值,并分别在20%UN比值点和100%UN比值点进行测量不确定度分析｡

2、数学模型

式中,fx为校准电压互感器的比值误差,%;fp为电压上升和下降时比值误差读数的算术平均值,%;δx为校准电压互感器的相位误差,′;δp为电压上升和下降时相位误差读数的算术平均值,′｡

灵敏系数为:c(f)=∂fx/∂fp=1,c(δ)=∂δx/∂δp=1,则合成标准不确定度的计算模型为:

3、标准不确定度分量的评定

3.1重复测量引入的标准不确定度

选用10000V/100V量程,在额定负荷为2.5VA条件下进行10次重复测量,从互感器校验仪上读取电压互感器比差误差值､相位误差值,具体数值见表1｡

表1重复测量值

根据表1的数据,利用贝塞尔公式计算标准偏差s,则重复测量引入的标准不确定度为:

3.2由标准器引入的标准不确定度

由检定规程可知,标准电压互感器准确度等级为0.002级,在20%UN时的允差为±0.0040%(比值误差)和±40×10-6rad(相位误差),在100%UN时的允差为±0.0020%(比值误差)和±20×10-6rad(相位误差)｡服从均匀分布,包含因子k=2,则由标准器引入的不确定度为:

3.3测差仪引入的标准不确定度

该项不确定度分量已包含了互感器校验仪的灵敏度､分辨力引入的不确定度｡互感器校验仪的准确度等级为2级,该仪器的同相分量和正交分量的示值误差限为±(最大允许误差×2%),不确定度分量服从均匀分布,包含因子k=2,则测差仪引入的不确定度为:

3.4二次负荷引入的标准不确定度

由规程可知,差压测量回路二次负荷引起的测量误差不大于被校电压互感器误差限值1/20,服从均匀分布,则由二次负荷引入的标准不确定度为:

3.5工作电磁场影响引入的标准不确定度

由规程可知,调压器在工作中产生的电磁干扰引入的测量误差应不大于被校电压互感器误差限的1/10,服从均匀分布,则由工作电磁场影响引入的标准不确定度为:

3.6测试方法或测试线路影响引入的标准不确定度

由工作经验估算,测试方法或测试线路影响引入的测量误差不大于标准电压互感器误差限的1/10,服从均匀分布,则由测试方法或测试线路的影响引入的标准不确定度为:

4、合成标准不确定

4.1标准不确定度分量汇总

标准不确定度分量见表2｡

表2标准不确定度分量一览表

4.2合成标准不确定度计算

5扩展标准不确定度取包含因子k=2,则:

1)在20%UN时:

2)在100%UN时:

6、减小测量不确定度对测量结果的影响方法

由以上示例可知,测量不确定度评定主要从测量设备､测量方法､环境､人员等方面考虑不确定性带来的影响｡因此,减少不确定度对电压互感器测量结果的不利影响的方法如下:1)选择高性能的电压互感器,确保设备本身的制造误差较小;2)定期对电压互感器进行维护和检修,及时更换老化元器件;3)在测量过程中保持环境的稳定,控制温度和湿度等环境因素变化;4)提高操作人员的技能水平,减少操作误差｡

参考文献:

[1]测量用电压互感器:JJG314—2010[S].

[2]谢卫彬.电子式电压互感器检定装置测量结果的不确定度评定方法[J].仪器仪表标准化与计量,2023(5):41-45.

文章来源:李敬珍,王晓东,魏威,等.电压互感器测量不确定度评定及减小方法探讨[J].品牌与标准化,2025,(02):239-241.