电子式互感器校准规范

1电子式互感器校准规范本规范适用于额定频率为50Hz的0.1级～5级的电子式电流互感器和电子式电压互感器的校准。2引用文件本规范引用了下列文件：GB/T20840.7—2007互感器第7部分：电子式电压互感器GB/T20840.8—2007互感器第8部分：电子式电流互感器DL/T860.92—2016电力自动化通信网络和系统第9-2部分：特定通信服务映射(SCSM)基于ISO/IEC8802-3的采样值DL/T1394—2014电子式电流、电压互感器校验仪技术条件凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3术语和计量单位GB/T20840.7—2007、GB/T20840.8—2007界定的及以下术语和定义适用于本规范。为了便于使用，以下重复列出了GB/T20840.7—2007、GB/T20840.8—2007中的某些术语和定义。测量电流/电压时出现的误差，它因实际变比不等于额定变比而产生。比值误差百式中：Kn——额定变比；F₉——一次电流/电压基波的方均根值；F·——合并单元数字量输出的基波方均根值。[GB/T20840.8—2007,定义3.1.26]对数字输出，为一次端子某一电流/电压的出现瞬时与所对应数字量数据集在合并单元输出的传输起始瞬时之时间差(用额定频率的角度单位表示)。3.3额定延迟时间(ta)ratedelaytime[GB/T20840.8—2007,定义3.1.27]2(例如)数字数据处理和传输所需时间的额定值。3.4额定相位偏移(gor)ratephaseoffset[GB/T20840.8—2007,定义3.1.28]3.5相位误差(φe)phaseerror相位误差，等于相位差φ减去由额定相位偏移和额定延迟时间构成的相位移，如式(2)和式(3)所示。相位误差是对额定频率而言。对于数字输出，如果采用时钟脉冲同步，相位误差是指时钟脉冲与数字量传输值对应的一次电流/电压采样瞬时之间的时间差(用额定频率的角度单位表示)。相位误差的解释和说明图形，见GB/T20840.8—2007附录E。[改写GB/T20840.8—2007,定义3.1.29]合并单元在接收到标准时钟源同步信号且正常工作后，源同步信号，合并单元输出的秒脉冲或者采样同步脉冲信号与标准时钟源同步脉冲信号电子式互感器是一种由连接到传输系统和二次转换器的一个或者多个电流(电压)传感器组成，用于传输正比于被测电流(电压)的量，以供给测量仪器、仪表、继电保护或控制装置的装置。在正常使用条件下，其二次转换器的输出实质上正比于一次电流(电压),且相位偏差在联结方向正确时为已知相位角。电子式互感器的二次输出与传统互感器的二次输出不同，分为数字输出和模拟输出两种。根据智能变电站实际使用情况，两种输出形式的电子式互感器一般都需与合并单元配合使用，其最终输出形式为数字输出。故本规范的校准对象为电子式互感器的数字输出(数字输出是由对应合并单元上的光学或电气输出接口生成的)。电子式互感器合并单元应具有守时功能，在失去同步时钟信号10min以内的守时误差应小于4μs.电子式电流互感器按准确度等级分为0.1级、0.2级、0.2S级、0.5级、0.5S级、1级、3级、5级。电子式电压互感器按准确度等级分为0.1级、0.2级、0.5级、1级、3级。在规定正常工作环境下，对于0.1级，0.2S级，0.2级，0.5S级，0.5级，1级，33级和5级的电子式电流互感器，其在额定频率下的比值误差和相位误差应不超过表1所列误差限值连线所形成的折线范围；对于0.1级、0.2级、0.5级、1级、3级的电子式电压互感器，在80%～120%的额定电压范围内，其在额定频率下的比值误差和相位误差应不超过表2所列误差限值所形成的折线范围。电子式互感器在同步脉冲和插值两种工作方式下误差均应在表1和表2的允许范围准确度等级比值误差(士)相位误差(士)因素因素151535%1.50.20.53535855注：120%额定一次电流下所规定的比值误差限值，应保持到额定扩大一次电流。准确度等级比值误差(士)相位误差(士)13无规定5.3测量重复性n次误差测量值的算术平均值的实验标准偏差s(x),应不大于被校电子式互感器准确度等级对应的误差限值的1/10。其中n次误差测量值的算术平均值元的实验标准偏差计算方法如下： x₁——第i次误差测量值；4n——测量次数。5.4短时稳定性在被校电子式互感器测量范围内各个校准点进行连续不间断测试，测试时间为10min,所得误差值最大值与最小值之差应不大于与其准确度等级对应误差限值的5.5直流偏置电子式互感器输出信号的直流偏置应满足工程实际需求，要求输出直流偏置量不允许超过额定输出的5%,特殊要求由制造方与用户商定参照GB/T20840.8—2007附录6.1环境条件6.1.1温、湿度环境温度应在10℃~35℃范围内，相对湿度不大于80%。当环境温度超过此范围时，建议使用特殊定制的电子式互感器校验仪。6.1.2误差影响因素控制存在于工作场所周围与校准工作无关的外界电磁场引起标准器的误差变化应不大于被校电子式互感器基本误差限值的1/20。用于校准工作的调压器、升流器等工作电磁场引起标准器的误差变化应不大于被校电子式互感器基本误差限值的1/20。6.1.3试验电源电源频率为50Hz,由试验电源波动引起的测量误差变化应不大于被校电子式互感器基本误差限值的1/20。6.2测量标准及其他设备6.2.1标准互感器在额定频率和被校电子式互感器量程范围内，标准互感器应比被校电子式互感器高三个准确度级别。当标准器不具备上述条件时，可以选用比被校电子式互感器高两个准确度级别的标准器作为标准，但被校电子式互感器的误差应进行标准互感器的误差修正。标准互感器的升降变差应不大于标准器误差限值的1/5。6.2.2电子式互感器校验仪电子式互感器校验仪应具有数字输出校验功能，由其所引起的测量误差绝对值应不大于被校电子式互感器误差限值的1/4。电子式互感器校验仪的比值误差和相位误差示值分辨力应分别不低于0.001%和0.05'。电子式互感器校验仪其他功能应满足DL/T1394—2014电子式电流、电压互感器校验仪技术条件的要求。电子式互感器校验仪完成单次测量的频率为1Hz,即每秒钟完成一次误差测量每次误差测量采样周波数不少于4个，其所采用的算法应按GB/T20840.8—2007中附5标准时钟源应能够提供多种同步方式，如秒脉冲、IRIG-B(DC)或IEC61588。其上升沿的时钟准确度应优于1μs,10min稳定度优于1μs。时间测量仪测量带宽应不低于100MHz。监测电流用的电流表误差应不超过±1%。监测电压用的电压表误差应不超过±1%。电子式互感器使用目测方法进行外观检查，有下列缺陷之一的，修复后方予校准 接线端钮缺少、损坏或无标记，穿心式电流互感器没有极性标记一次端子对地之间应耐受GB/T20840.7—2007和GB/T20840.定的电压值，测试时互感器一次数据采集部分和二次部分须同时带电模拟正常运行状态，不允许出现通信中断、丢包、品质位改变、输出异常信号等故障。的误差测量方法接线后，升起电流、电压至额定值的5%以下试测，用校验仪的极性指使用电子式互感器校验仪(或者具有报文完整性测试功能的仪器)进行报文完整性能检查电子式互感器数字输出，电子式互感器数字量输出应符合GB/T20840.8—2007和DL/T860.92—2016相关协议格式的规定。数字量输出报文应无丢帧、重复、错序电子式互感器的校准项目应按表3中的规定进行。6表3校准项目校准项目计量特性条款号校准项目对应条款号1守时误差2比值误差和相位误差345按照图1的方法进行测试。测试开始时，合并单元先接受标准时钟源的授时，待合并单元正常工作后，撤销标准时钟源的授时。从以每秒测量1次的频率，测量合并单元和标准时钟源各自输出的秒脉冲信号上升沿之间的时间差的绝对值△t,连续测量10mi图1守时误差校准回路结果均应在误差允许范围之内。测量结果以n次误差测量值的算术平均值z为准。校准线路如图2所示。将升流器、电子式电流互感器一次端子、标准电流互感器一次端子接成闭环。标准电流互感器输出信号连接到电子式互感器校验系统的标准转换器，试品数字输出连接到电子式互感器校验系统的数字采集单校验仪时钟实现合并单元与电子式互感器校验系统的同步采样。调节调压器，使测量覆7流互感器标准电流互感器图2电子式电流互感器同步脉冲校准线路7.3.2.3电子式电流互感器插值校准方式接线方式与同步脉冲方法类似，不需同步时钟，如图3所示。使用插值校准方式时，通过电子式互感器校验仪测得相位差，然后减去电子式电流互感器的额定相位偏移和额定延迟时间，其对应的相位即为试品的相位误差，计算方法如式(2)所示。●图3电子式电流互感器插值校准线路7.3.2.4电子式电压互感器同步脉冲校准方式校准线路如图4所示。由调压器和升压器产生一次电压，电子式电压互感器一次高压端子、标准电压互感器一次高压端子与升压器高压端子对接；电子式电压互感器一次低压端子、标准电压互感器一次低压端子与升压器低压端子对接，并接地。标准电压互感器输出信号连接到电子式互感器校验系统的标准转换器，试品数字输出连接到电子式互感器校验系统的数字采集单元，通过外部时钟源或者校验仪时钟实现合并单元与电子式互感器校验系统的同步采样。调节调压器，使测量覆盖标准要求的每个测量点，通过8古升压器图4电子式电压互感器同步脉冲校准方式接线方式与同步脉冲工作方式类似，不需同步时钟，如图5所示。使用插值工作方式时，通过校验仪测得相位差，然后减相位偏移和额定延时，其对应的相位即为试品的相位误差，计算方法如式(2)所示。被测电子式电压被测电子式电压数字帧升压器图5电子式电压互感器插值校准此项测试与比值误差和相位误差测量同时进行，计算出连续n次误差测量值的算9校准线路如图2和图4所示，对被校电子式互感器一次施加电流或电压(有预热要求的，应先预热),在同一测量点连续测试10min,得出被校电子式互感器误差的最大校准线路如图2和图4所示。如果被校电子式互感器的电源与输入信号无关，流或电压为零时，使用电子式互感器校验仪测试其输出信号足本规范5.5的要求。如果被校电子式互感器的电源与输入信号有关，则在电子式互感器一次施加电流或校准结果应在校准证书(报告)上反映，校准证书(报告)应至少包括以下信息c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书或报告的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识g)进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的h)如果与校准结果的有效性和应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明i)对校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；I)校准结果及其测量不确定度的说明n)校准证书和校准报告签发人的签名、职务或等效标识；o)校准结果仅对被校对象有效的声明校准原始记录格式见附录B,校准证书(报告)内页格式见附录C。比值误差和相位误差测量不确定度评定A.1比值误差测量不确定度评定A.1.1测量方法被校电子式互感器的比值误差测量采用与标准互感器比较方式进行，在同一参比电流或电压下，按3.1计算示值误差。以下以0.2级电子式电流互感器，一次额定电流为600A,在参比电流600A时为例进行评定。A.1.2测量模型比值误差e的测量模型如下：e——被检电子式互感器的比值误差；e₁——比值误差读数的算术平均值eo——标准器的比值误差.A.1.3灵敏系数由于e₀和e₁彼此独立，由公式(A.1)可以导出比值误差的合成标准不确定度：A.1.4不确定度分量的来源分析该电子式电流互感器的校准过程，其测量不确定度来源主要有以下几项：1)在规定的环境条件下，被校电流互感器测量重复性引入的不确定度分量ui;2)在规定的环境条件和正常的工作状态下，标准器引入的不确定度分量uz;3)误差测量装置引入的不确定度分量u₃;4)工作电磁场引入的不确定度分量u₄;5)外界电磁场引入的不确定度分量us。各分量灵敏系数为1,被校电流互感器误差限值规定写为εx。A.1.5各标准不确定度评定A.1.5.1不确定度分量u₁对被试品重复性测量的数据，采用统计分析的方法算出实验标准偏差作为标准不确定度分量u₁,属A类分量，呈正态分布。本次评定选择被校试品为0.2级电子式电流互感器，一次额定电流600A,在600A时，对其进行10次重复性测量，得到下列一组数据，见表A.1。比值差/%123一0.0784一0.07856一0.0787一0.0788一0.0789一0.077一0.078一0.0784用贝塞尔公式可算出单次测量标准差为：针对本次0.2级互感器比对试验，采用10次测量结果的平均值，所以测量重复性比值差的自由度均为v₁=10-1=9。A.1.5.2不确定度分量u₂标准电流互感器经上级计量部门检定合格，准确度等级0.01级，所以比值误差最大允许示值误差为±0.01%,在区间内服从均匀分布，包含因子k=√3,则不确定度分量uzx=0.01%/√3=0.0058%。该分量可靠性为90%,故自由度v₂=50。A.1.5.3不确定度分量u₃误差测量装置经上级计量部门校准，准确度等级0.05级，所以比值误差最大允许示值误差为±0.05%,在区间内服从均匀分布，包含因子k=√3,则不确定度分量ust=0.05%/√3=0.0289%。该分量可靠性为90%,故自由度v₃=50。A.1.5.4不确定度分量u₄按照检定规程规定，用于校准工作的升流器、调压器等的电磁场等工作电磁场引入的误差不大于互感器误差限值εx的1/10,其不确定度属B类分量，呈均匀分布，即A.1.5.5不确定度分量us按照检定规程规定，存在于工作场所周围与校准工作无关的外界电磁场引入的误差√3=0.03ex,该分量可靠性为75%,自由度vs=8。A.1.6标准不确定度分量的合成根据以上分析，可列出标准不确定度分量表，如表A.2所示。不确定度评定类别标准不确定测量结果的分布标准不确定度自由度A正态分布19B1B1B工作电磁场18B外磁场18经分析以上各分量相互独立，则比值差合成标准不确定度为A.1.7扩展不确定度包含因子k=2,则比值差的扩展不确定度为：U=2×3.24×10-4=6.4×1A.2相位误差测量不确定度评定A.2.1测量方法被校电子式互感器的相位误差测量采用与标准互感器比较方式进行，在同一参比电流或电压下，按3.5计算示值误差。以下以0.2级电子式电流互感器，一次额定电流为600A,在参比电流600A时为例进行评定。A.2.2测量模型相位误差的测量模型如下：式中：qe——被检电子式互感器的相位误差；qa——相位误差读数的算术平均值；q——标准器的相位误差。A.2.3灵敏系数φei的灵敏系数：φeo的灵敏系数A.2.4不确定度分量的来源分析该电子式电流互感器的校准过程，其测量不确定度来源主要有以下几项：1)在规定的环境条件下，被校电流互感器测量重复性引入的不确定度分量u₁;2)在规定的环境条件和正常的工作状态下，标准器引入的不确定度分量u₂;3)误差测量装置引入的不确定度分量u₃;4)工作电磁场引入的不确定度分量u₄;5)外界电磁场引入的不确定度分量us。各分量灵敏系数为1,被校电流互感器误差限值规定写为ex。A.2.5各标准不确定度评定A.2.5.1不确定度分量u₁对被试品重复性测量的数据，采用统计分析的方法算出实验标准偏差作为标准不确定度分量u₁,属A类分量，呈正态分布。本次评定选择被校试品0.2级电子式电流互感器，一次额定电流为600A,在600A时，对其进行10次重复性测量，得到下列一组数据，见表A.3。相位误差/(')2一3.53934567一3.55589一3.578用贝塞尔公式可算出单次测量标准差：同样采用10次测量结果的平均值，所以测量重复性引入的标准不确定度相位误差的自由度均为v₁=10-1=9。A.2.5.2不确定度分量u₂标准电流互感器经上级计量部门检定合格，准确度等级为0.01级，所以相位误差最大允许示值误差为±0.3',在区间内服从均匀分布，包含因子k=√3,则不确定度分量uzs=0.3'/√3=0.173'。该分量可靠性为90%,故自由度v₂=50。A.2.5.3不确定度分量u₃误差测量装置经上级计量部门校准，准确度等级为0.05级，所以相位误差值最大允许示值误差为±0.05%,在区间内服从均匀分布，包含因子k=√3,折算到单位(')为0.05%×3438=1.719',则不确定度分量u3a=1.719'/√3=0.992'。该分量可靠性A.2.5.4不确定度分量u₄按照检定规程规定，用于校准工作的升流器、调压器等的电磁场等工作电磁场引入的误差不大于互感器误差限值ex的1/10,其不确定度属B类分量，呈均匀分布，即A.2.5.5不确定度分量us按照检定规程规定，存在于工作场所周围与校准工作无关的外界电磁场引入的误差A.2.6标准不确定度分量的合成根据以上分析，可列出标准不确定度分量表如表A.4所示。不确定度评定类别标准不确定测量结果的分布标准不确定度自由度A正态分布19B1B1B工作电磁场18B外磁场18经分析以上各分量相互独立，则相位误差合成标准不确定度为A.2.7扩展不确定度包含因子k=2,则相位误差的扩展不确定度为校准原始记录格式电子式互感器校准原始记录型号/规格生产厂家出厂编号测量范围准确度等级标准证书号不确定度/准确度等级/最大允许误差标准测量范围校准依据校准地点环境温度℃湿度校准日期