劉 罡，秦悅維，姜春陽

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司營銷服務(wù)中心，遼寧 沈陽 110006；2.中國電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430074）

0 引言

500 kV 工頻電壓比例標(biāo)準裝置及其溯源體系是維護國家工頻電壓量值溯源穩(wěn)定可靠、公平公正的基本保證，其技術(shù)水平對我國電力生產(chǎn)、電能計量、貿(mào)易結(jié)算及科學(xué)研究均有著重要影響。為了適應(yīng)我國電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展和實際生產(chǎn)水平的要求，伴隨著國網(wǎng)遼寧省電力有限公司營銷服務(wù)中心的成立，配置了新一代0～500 kV 工頻電壓比例標(biāo)準裝置。該套裝置主標(biāo)準器由6部分組成：單盤感應(yīng)分壓器、多盤感應(yīng)分壓器、10 kV 雙級電壓互感器、110 kV標(biāo)準電壓互感器、220 kV標(biāo)準電壓互感器、500 kV標(biāo)準電壓互感器。傳統(tǒng)溯源方式采用本級各標(biāo)準器送檢至上級機構(gòu)進行量值溯源方式，其優(yōu)點為技術(shù)簡單成熟，缺點為對上級機構(gòu)依賴性強，上級機構(gòu)量值傳遞環(huán)節(jié)中的差錯會傳遞給以下各級［1-3］。采用量值復(fù)現(xiàn)自校準方法可有效解決上述問題。自校準即各標(biāo)準器在本級機構(gòu)完成量值溯源，具體來講為單盤感應(yīng)由本校準器完成溯源，多盤感應(yīng)分壓器由單盤感應(yīng)分壓器完成溯源，10 kV 雙級電壓互感器由單盤感應(yīng)分壓器和多盤感應(yīng)分壓器完成溯源，110 kV標(biāo)準電壓互感器由10 kV 雙級電壓互感器和多盤感應(yīng)分壓器完成溯源，220 kV 標(biāo)準電壓互感器由110 kV 標(biāo)準電壓互感器和多盤感應(yīng)分壓器完成溯源。文獻［4-8］已對前5 部分主標(biāo)準器的溯源校準方法進行了研究和分析。

對該套裝置的最后一級主標(biāo)準器500 kV標(biāo)準電壓互感器的量值溯源方法進行分析和研究。其主要由220 kV標(biāo)準電壓互感器和多盤感應(yīng)分壓器完成溯源。由于220 kV標(biāo)準電壓的最高試驗電壓只能達到500 kV 標(biāo)準電壓互感器的40%左右，故500 kV 標(biāo)準電壓互感器的量值溯源方法為40%UN（UN為額定電壓）及以下采用直接比較法，40%UN以上采用串聯(lián)加法推算法。

1 直接比較法

文獻［5］和［8］已對多盤感應(yīng)分壓器和220 kV標(biāo)準電壓互感器的誤差及不確定度進行了分析和評定，相當(dāng)于500 kV 標(biāo)準電壓互感器的40%UN及以下的誤差值及不確定度均為已知，因此可采用以上述兩設(shè)備為主標(biāo)準器、500 kV 標(biāo)準電壓互感器為被檢設(shè)備方式進行溯源。溯源線路如圖1 所示。試驗變壓器、220 kV標(biāo)準電壓互感器、500 kV標(biāo)準電壓互感器三者一次側(cè)并聯(lián)，多盤感應(yīng)分壓器示值設(shè)定為0.440 000 0并級聯(lián)接入220 kV 標(biāo)準電壓互感器二次側(cè)，使主標(biāo)準器的總體變比與500 kV 標(biāo)準電壓互感器變比相同。互感器校驗儀的供電回路由多盤分壓器二次側(cè)承擔(dān)，測差回路通過由多盤分壓器二次側(cè)與500 kV 標(biāo)準電壓互感器二次側(cè)的電位差值實現(xiàn)。由于220 kV標(biāo)準電壓互感器升至100%UN時，500 kV標(biāo)準電壓互感器只達到44%UN，故直接比較法負責(zé)完成500 kV 標(biāo)準電壓互感器40%UN以下的量值溯源。按照圖1 溯源線路在10%UN、20%UN、30%UN、40%UN時，得到直接比較法測量的比值誤差和相位誤差如表1所示［9-11］。

圖1 溯源線路

表1 直接比較法測量比值差、相位差

2 串聯(lián)加法

由于互感器在40%UN～120%UN的誤差間隔（電壓系數(shù)）可通過串聯(lián)加法推算出，以不高于40%UN為基準，可計算出40%UN～120%UN下的實際誤差值。串聯(lián)加法分為全電壓加法和半電壓加法兩種。

2.1 全電壓加法

全電壓加法線路如圖2 所示。以500 kV 標(biāo)準電壓互感器為主標(biāo)準器，串級式電壓互感器為被檢設(shè)備。串級式電壓互感器分為上級和下級兩部分，通過兩個等高壓電容器將上級和下級的電壓完全等分，故上級或下級的一次電壓正好為標(biāo)準電壓互感器的一半。500 kV 標(biāo)準電壓互感器的二次側(cè)與互感器校驗儀的a-x 相連，完成供電回路。500 kV 標(biāo)準電壓互感器的二次側(cè)頭端同時與互感器校驗儀k 端相連，串級式電壓互感器的上級頭端與互感器校驗儀d 端相連，500 kV 標(biāo)準電壓互感器的二次側(cè)尾端與串級式電壓互感器的下級尾端相連，同時與地相連，完成測差回路［12-13］。

圖2 全電壓加法線路

2.2 半電壓加法

半電壓加法線路如圖3 所示。以500 kV 標(biāo)準電壓互感器為主標(biāo)準器，串級式電壓互感器的上級（或下級）為被檢設(shè)備。實際升壓時各試驗點的額定電壓為全電壓加法線路的50%。

圖3 半電壓加法線路

2.3 電壓系數(shù)的計算

通過圖2 線路可得到40%UN以上的全電壓試驗誤差值ε全。通過圖3 線路可得到20%UN以上半電壓試驗誤差值，其中采用串級式電壓互感器的上級為被檢設(shè)備可得到ε上，采用串級式電壓互感器的下級為被檢設(shè)備可得到ε下［14-15］。電壓系數(shù)的計算為

按照圖2 和圖3 的線路，得到ε全、ε上、ε下、Δ的比值誤差和相位誤差如表2和表3所示。

表2 比值誤差值

表3 相位誤差值

3 最終誤差值的計算

依據(jù)JJF 1067—2014《工頻電壓比例標(biāo)準裝置》校準規(guī)范［16］，40%UN以上測量點的最終誤差值按照直接比較法得到的實測值（或計算值）ε與對應(yīng)額定電壓的電壓系數(shù)Δ按照一定比例相加得到，500 kV標(biāo)準電壓互感器推薦算法為

式中：ε20，ε30，…，ε120分別為20%UN，30%UN，…，120%UN電壓下串聯(lián)加法線路誤差值；Δ40，Δ50，…，Δ120分別為40%UN，50%UN，…，120%UN下電壓系數(shù)值。

由表1—表3 計算得到電壓不小于40%UN時的比值誤差和相位誤差，如表4 所示。由表1 和表4 比較得到全部測量電壓下最終誤差值，其中在40%UN時由于存在直接比較法和推算法兩種計算方法，需將兩種誤差值取平均值，最終誤差值如表5 所示。500kV 標(biāo)準電壓互感器準確度等級為0.02 級，依據(jù)JJG 314—2010《測量用電壓互感器》檢定規(guī)程［17］，0.02級電壓互感器比值誤差不超過200×10-6，相位誤差不超過200×10-6rad。表5 中所有測量電壓下誤差值均滿足此項要求，500 kV 標(biāo)準電壓互感器誤差合格。

表4 40%UN以上的比值誤差和相位誤差

表5 最終誤差值

4 不確定度評定

參照JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》校準規(guī)范［18］規(guī)定并結(jié)合本標(biāo)準器溯源過程，500 kV 標(biāo)準電壓互感器不確定度評定可從測量重復(fù)性、多盤感應(yīng)分壓器引入、220 kV 標(biāo)準電壓互感器引入、誤差測量裝置引入4部分進行評定。

4.1 測量重復(fù)性

測量重復(fù)性u1引入的不確定度為A 類不確定度，其主要由外界電磁場變化、互感器接觸電阻變化等引起，因此需要進行不少于6 次的獨立測量［19］。采用比較法線路，在100%UN條件下對該500 kV標(biāo)準電壓互感器進行6 次重復(fù)性測量（每次測量均重新接線），得到測量重復(fù)性比值誤差u1比=0.4×10-6，測量重復(fù)性相位誤差u1相=0.6×10-6rad。

4.2 多盤感應(yīng)分壓器引入

多盤感應(yīng)分壓器作為500 kV標(biāo)準電壓互感器的溯源標(biāo)準器之一，其本身的不確定度不能忽視，文獻［5］已對其評定過程詳細說明。給出比值誤差u2比=0.54×10-6，相位誤差u2相=0.54×10-6rad。

4.3 220 kV標(biāo)準電壓互感器引入

220 kV標(biāo)準電壓互感器作為500 kV標(biāo)準電壓互感器的另一臺溯源標(biāo)準器，其本身的不確定度亦不能忽視，文獻［8］已對其評定過程詳細說明。給出比值誤差u3比=5.1×10-6，相位誤差u3相=5.2×10-6rad。

4.4 誤差測量裝置引入

誤差測量裝置主要包括互感器校驗儀和其余配套裝置。其中配套裝置引入的不確定度主要由裝置內(nèi)部電磁場變化和接觸電阻變化等引起，該分量在測量重復(fù)性中已經(jīng)考慮過，故只用考慮互感器校驗儀引入的分量u4。該分量按照公式u4=0.02×εmax/計算，其中εmax為直接比較法和串聯(lián)加法測量過程中誤差最大值。同時考慮比值誤差和相位誤差，經(jīng)計算比值誤差u4比=0.49×10-6，相位誤差u4相=0.67×10-6rad。

4.5 合成標(biāo)準不確定度和擴展不確定度的計算

合成標(biāo)準不確定度uc由上述4 個分量合成得到，由于上述4 個分量彼此不存在關(guān)聯(lián)性，因此uc按照式（3）計算。

經(jīng)計算，比值誤差uc比=5.2×10-6，相位誤差uc相=5.3×10-6rad。

依據(jù)JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》校準規(guī)范規(guī)定，擴展不確定度U由合成標(biāo)準不確定度乘以倍率因數(shù)k得到［18］，通常k取2，計算得到比值誤差U比=10.4×10-6，相位誤差U相=10.6×10-6rad。

5 不確定度比對驗證

將本次100%UN測量結(jié)果與國家高電壓計量站試驗結(jié)果進行驗證比對［20］，結(jié)果如表6 所示。采用傳遞比較法對結(jié)果進行分析，應(yīng)滿足

表6 驗證比對結(jié)果

式中：U0為國家高電壓計量站試驗結(jié)果的擴展不確定度，查詢得到比值誤差U0f=8×10-6，相位誤差U0δ=8×10-6rad。U為本次試驗溯源結(jié)果的擴展不確定度，比值誤差Uf=10.4×10-6，相位誤差Uδ=10.6×10-6rad。經(jīng)計算：

比對結(jié)果表明500 kV標(biāo)準電壓互感器的溯源不確定度結(jié)果符合要求。

6 結(jié)語

對500 kV標(biāo)準電壓互感器的溯源方法進行了研究分析，利用實驗室已有220 kV 標(biāo)準電壓互感器和多盤感應(yīng)分壓器為主標(biāo)準器得到40%UN以下誤差值，通過串聯(lián)加法推算出40%UN以上的電壓系數(shù)并最終得到全量程誤差值。該方法采用本地化溯源方式有效避免了500 kV標(biāo)準電壓互感器長途運輸造成標(biāo)準器損壞的隱患。

已對500 kV 工頻電壓比例標(biāo)準裝置全部6 套主標(biāo)準器的自校準溯源方法進行了分析和研究，且實驗室已取得500 kV工頻電壓比例標(biāo)準裝置計量標(biāo)準考核證書，能夠有效保證電能計量的準確可靠性。