交流耐压试验设备校准技术

龚利文/上海宝冶建设有限公司

0 引言

随着我国国家电网、冶金、化工、制造业等工业企业的电力系统技术改造与升级的进程不断加快，按照GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准条文说明》的要求，电力变压器、电抗器、互感器、高压断路器、高压开关、电力电缆、交流电机等电气设备，在现场交接试验或测量验收时，均要使用交流耐压试验设备对其进行耐压试验。交流耐压试验设备的应用领域非常广泛。

按照交流耐压试验设备的技术特性，必须定期对其进行量值溯源，以确保现场交流耐压试验时不对被试试品造成损坏。目前，华东地区的相关计量检测部门以及高压研究机构，还不能满足200 kV电压等级交流耐压试验设备计量校准的市场需求，所以，对200 kV电压等级的交流耐压试验设备的校准技术研究，显得尤为重要。

1 校准/检测试验项目

2 校准/检测试验方法

2.1 外观及通电检查

交流耐压试验设备外壳应完好无损，应无影响其技术性能的机械损伤，铭牌、标志齐全。各种调节旋钮、按键应灵活可靠，专用插件、测试线齐全，带数字指示的交流耐压试验设备，通电后，数字显示清晰，无缺字现象。

2.2 交流输出电压测试

1）测试原理

正确连接标准交流高压测量仪与被校交流耐压试验设备（图1）。

图1 交流输出电压测试原理

输入电压加到标准交流高压测量仪上，标准交流高压测量仪由标准交流分压器和标准数字电压表组成，而输出电压则取自低压臂。通过标准交流分压器可解决以低压仪表测量高压峰值及波形的问题，用于测量几千伏到几百万伏的电压。

标准交流分压器的工作原理如图1所示。Z1为标准交流分压器高压臂阻抗，Z2为低压臂阻抗。测电压时，大部分电压降落在Z1上，Z2上仅分到一小部分电压，该低压值乘上一个系数即可获得被测的高压值，此系数称为分压比。

分压比：k = U1/ U2=（Z1+ Z2）/ Z2

标准交流分压器分压比：k =（C1+ C2）/ C1

2）输出电压

设被校交流耐压试验设备输出电压值为UX，标准交流高压测量仪的显示值为 UN：

2.3 电压持续时间试验

将交流耐压试验设备的时间控制置于定时方式，然后从小到大设定时间，按下输出“启动”键的同时，自动启动标准计时器，当交流耐压试验设备发出切断信号时，自动终止计时。重复测量两次，两次测量结果的平均值即为电压持续时间实测值。

2.4 绝缘电阻测试

用不低于2500 V的绝缘电阻表，测量高压输出端与机壳接地端之间的绝缘电阻，其绝缘电阻值不小于100 MΩ。

2.5 交流输出电压的失真度试验

按照图2所示正确连接交流耐压试验设备、分压器、失真度测试仪，调节输出电压至额定值，选择适当的分压器使失真度测试仪输入电压在其允许输入电压范围内，从失真度测试仪上直接读取交流输出电压的失真度值。

图2 失真度试验接线图

2.6 击穿报警电流试验

将可调电阻器、标准毫安表串接在被校交流耐压试验设备的高压输出端与接地端之间，调整输出电压，直至交流耐压试验设备发出报警或切断输出电压，此时迅速读取电流值，重复测量两次，取其平均值，即为击穿报警电流实测值。

3 输出电压测量不确定度的评定分析

3.1 概述

1）测量依据：依据JJG795-2004《耐电压测试仪检定规程》及JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》。

2）测量方法：用标准交流高压测量仪测量交流耐压试验设备的输出电压值,将被校交流耐压试验设备的高压端接至标准交流高压测量仪的高压端, 被校交流耐压试验设备与标准交流高压测量仪要可靠接地，缓慢调节被校交流耐压试验设备输出电压，标准交流高压测量仪的显示值即为被校交流耐压试验设备输出电压实际值。现以（GCV200型）标准交流高压测量仪测量被校交流耐压试验设备（VFSR型）200 kV为例进行讨论。

3）校准原理图（图3）：

图3 输出电压校准原理图

3.2 数学模型

设被校交流耐压试验设备输出电压值为VX，而标准交流高压测量仪显示的读数为VN，从技术说明中可知，在标准条件下，由温度、湿度、电源变化、磁场等因素带来的影响可忽略，则示值误差为：

3.3 不确定度来源：

1）由标准交流高压测量仪引起的标准不确定度u(VN)

①由标准交流高压测量仪的准确度引起的标准不确定度分量u（VN1）

②由标准交流高压测量仪的分辨力引起的标准不确定度分量u（VN2）

2）由被校交流耐压试验设备引起的标准不确定度u（VX）

①由被校交流耐压试验设备测量重复性引起的标准不确定度分量u（VX1）

②由被校交流耐压试验设备的分辨力引起的标准不确定度分量u（VX2）

3.4 标准不确定度评定

1）标准不确定度分量u（VN1）的评定

标准交流高压测量仪的准确度给出的不确定度u（VN1）。

从GCV200型交流高压测量仪技术参数得到其准确度为：

2）标准不确定度分量 u（VN2）的评定

标准交流高压测量仪测量交流耐压试验设备200 kV时其分辨率为10 V，所以其半宽为5 V，因其属均匀分布， 故：

由于 u（VN1），u（VN2）相互独立，因此：

由标准器引起的标准不确定度，在标准器有效期内，将被直接引用到以后校准测量结果不确定度的评定中。

3）标准不确定度u(VX1)的评定

对被校交流耐压试验设备200 kV点，重复进行10次测量，测量数据如表1：

表1

测量结果:

实验标准偏差：

另取两台同类型、同准确度被校交流耐压设备，在相同条件下，分别对200 kV点进行10次测量，测量数据如表2：

测量结果:

表2

实验标准偏差:

合并样本标准差：

4）标准不确定度u（VX2）的评定

由被校表的分辨力引起的标准不确定度分量 u（VX2），由于被校表在200 kV点的分辨率为10V，所以其半宽为5V，因其属均匀分布， 故：

由于 u（VX1）, u（VX2）相互独立，因此：

3.5 标准不确定度一览表（如表3）：

表3

3.6 合成标准不确定度：

3.7 扩展不确定度

由于标准不确定度分量自由度不能确切获得，一般不对自由度进行估计，通常取包含因子k为2～3，现取k=2，置信概率约为95%

交流耐压试验设备的测量结果不确定度为：