CN108761371A - 基于线性度分析的冲击电压发生器校准方法 - Google Patents

基于线性度分析的冲击电压发生器校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于线性度分析的冲击电压发生器校准方法，当冲击电压测量系统的被校分压器测量范围未超过标准分压器的测量范围时，利用标准分压器进行全量程比对测量；当冲击电压测量系统的被校分压器测量范围超过标准分压器的测量范围时，利用标准分压器进行线性度比对测量，只要知道原边充电电压值就能推算出被测装置的冲击电压值，假如原边充电电压为U,就可以用平均值ΔU'乘以U等于冲击电压值，尽管标准冲击电压分压器测量范围小于最大冲击电压值，但实现了利用线性度来校准冲击电压发生器装置；本方法能够综合考虑冲击电压发生器原边充电电压和放电端的冲击电压，利用线性度分析法推算校准，进一步保证校准的准确性和精度。

Description

基于线性度分析的冲击电压发生器校准方法
技术领域
本发明涉及冲击电压发生器校准技术领域，尤其涉及一种基于线性度分析的冲击电压发生器校准方法。
背景技术
随着电力市场的不断发展，越多越多的高压电气设备被投入使用。但是由于其在运行的过程中存在着一定的安全隐患，因此，需首先对其进行进行试验，尤其是绝缘性能的试验工作。而在试验中所用到的设备一般是冲击电压发生器。冲击电压发生器主要为实验室设备，用于对电力设备等试品进行雷电冲击电压全波、雷电冲击电压截波和操作冲击电压波的冲击电压试验，检验绝缘性能。
冲击电压发生器设备一般要求间隔一年或两年对其分压器及测量装置进行计量。
在进行冲击电压发生器校准试验时，通常的计量方法是用一个精度等级更高的标准分压器与被计量分压器一起并联接入冲击电压发生器设备上。即在冲击电压发生器的放电端连接有被测量分压器，分压器连接示波器。同时，在冲击电压发生器的放电端还连接有用于校准的标准分压器和示波器，标准分压器用于校准被测量分压器的精准度。
对于不高于标准分压器额定电压值的被计量设备，可以通过比对被计量测量系统采集到的被计量分压器的电压值(即测量值)与标准测量系统采集到的标准分压器的电压值(通常认为是真值)之间的差异，从而得出一个修正因子，来实现对被计量分压器及其测量系统进行计量。
对于超过标准分压器额定电压值的被计量设备，标准测量系统量程不能够满足现场冲击电压发生器的冲击电压，为了保证产品的检验质量，可以利用线性度试验，通常办法是在其5倍额定电压值以内进行推定，通过数据分析处理，在满足线性度偏差在±1％内条件下，扩展电压的测量范围，使更高电压等级的冲击电压设备得到有效溯源。
但是，由于在校准时，只考虑了冲击电压发生器的放电端输出的电压精准性，但是，并没有考虑冲击电压发生器的原边始端的精准性。若原边始端本身的工作状态处于非精准状态，那么，输出的电压等级无从考究其精准度，所以，原边信息的校准显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于线性度分析的冲击电压发生器校准方法，能够综合考虑冲击电压发生器原边充电电压和放电端的冲击电压，利用线性度分析法推算校准，进一步保证校准的准确性和精度。
本发明采用的技术方案为：
一种基于线性度分析的冲击电压发生器校准方法，包括以下步骤：
A：将冲击电压测量系统的被校分压器和标准分压器均与冲击电压发生器高压引线相连接，被校分压器采集冲击电压发生器放电端的冲击电压设为U校，标准分压器采集冲击电压发生器放电端的冲击电压设为U标；再将直流电阻分压器与冲击电压分压器的充电端连接，采集冲击电压分压器的充电端的充电电压，设为U充；
B：当冲击电压测量系统的被校分压器测量范围未超过标准分压器的测量范围时，利用标准分压器进行全量程比对测量，具体步骤如下：
B1：若被校分压器最高测量电压为U大，在被校分压器测量范围为选取5个测量点，分别为20％U大、40％U大、60％U大、80％U大和需求点，需求点根据检测需求而定；
B2：对测量点为20％U大进行10次的负极性冲击电压测量，分别读取每次的被校分压器电压示值，设为U校1、U校2、……U校10，并同时对应读取每次的标准分压器的电压示值，设为U标1、U标2、……U标10；
B3：重复步骤B2，分别测得40％U大、60％U大、80％U大和需求点的示值U校与标准分压器的电压示值U标，再进行比较，得到5组数据的相对误差值和相对误差平均值；
B4：再将步骤B3中得到的5个测量点的相对误差平均值与允许误差值3％进行比对，得出全量程比对下的校准结果；
C：当冲击电压测量系统的被校分压器测量范围超过标准分压器的测量范围时，利用标准分压器进行线性度比对测量，具体步骤如下：
C1：首先，按照步骤A中的校准连线方式进行准备工作；
C2：再在被校分压器测量范围内选取6个点作为校准点，其中第一校准点和第二校准点的测量值处于标准分压器的校准范围内，利用步骤A的连接方式进行全量程比对校准；第三校准点、第四校准点、第五校准点和第六校准点的测量值高于标准分压器的最高值且低于或者等于被校分压器最高值，利用线性度比对进行校准；
C3：当进行第一校准点和第二校准点的校准时，利用步骤A中的校准连线方式，
C3-1：对第一校准点和第二校准点分别进行10次的负极性冲击电压测量，分别读取每次的被校分压器电压示值，设为U校1、U校2、……U校10；并同时对应读取每次的标准分压器的电压示值，设为U标1、U标2、……U标10；
C3-2：将步骤C3-1中的第一校准点的电压示值U校与标准分压器的电压示值U标进行比较，第二校准点的电压示值与标准分压器的电压示值U标进行比较，分别得到第一校准点和第二校准点的相对误差值和相对误差平均值；
C3-3：再将步骤C3-2中得到的第一校准点和第二校准点的相对误差平均值与允许误差值3％进行比对，得出第一校准点和第二校准点的的校准结果；
C4：当进行第三校准点、第四校准点、第五校准点和第六校准点的校准时，将连接标准分压器由冲击电压发生器高压引线断开，进行溯源校准，校准范围为标准分压器最大校准电压的5倍；利用直流电阻分压器采集冲击电压分压器的充电端的充电电压U充，被校分压器采集冲击电压发生器放电端的冲击电压U校；
C4-1：采集第三校准点下的被校分压器示值U校3和直流电阻分压器充电电压示值U充3；采集第四校准点下的被校分压器示值U校4和直流电阻分压器充电电压示值U充4；采集第五校准点下的被校分压器示值U校5和直流电阻分压器充电电压示值U充5；采集第六校准点下的被校分压器示值U校6和直流电阻分压器充电电压示值U充6；
C4-2：将步骤C4-1得到的各个校准点下的被校分压器示值U校和充电电压示值U充进行比，得到各个校准点下的被校系统的等效放电级数U'3，如公式(1)所示：U'3＝U校3/U充3(1)；即：第三校准点下的等效放电级数U'3，第四校准点下的等效放电级数U'4，第五校准点下的等效放电级数U'5，第六校准点下的等效放电级数U'6；并求得四个等效放电级数求平均值，为平均等效放电级数ΔU'；
C4-3：再利用公式(2)得到各个校准点下的线性度偏差δ，线性度偏差 则，第三校准点下的线性度偏差δ3，第四校准点下的线性度偏差δ4，第五校准点下的线性度偏差δ5，第六校准点下的线性度偏差δ6；
C4-4：将四个校准点下的线性度偏差最大值与允许偏差值±1％相比较，得出线性度校准结果；
C4-5：再利用公式(3)得到各个校准点下的电压利用系数ρ,电压利用系数其中20为被校分压器的放电级数；则，第三校准点下的电压利用系数ρ3,第四校准点下的电压利用系数ρ4,第五校准点下的电压利用系数ρ5,第六校准点下的电压利用系数ρ6；
C4-6：将四个校准点下的电压利用系数最大值与电压利用系数标准值85％相比较，得出电压利用系数校准结果；
步骤B3和C3-2中所述的相对误差平均值为对相对误差值求平均值。
本发明利用被校分压器和标准分压器均与冲击电压发生器高压引线相连接，分别采集冲击电压发生器放电端的冲击电压，再将直流电阻分压器与冲击电压分压器的充电端连接，采集冲击电压分压器的充电端的充电电压；当冲击电压测量系统的被校分压器测量范围未超过标准分压器的测量范围时，利用标准分压器进行全量程比对测量；当冲击电压测量系统的被校分压器测量范围超过标准分压器的测量范围时，利用标准分压器进行线性度比对测量，只要知道原边充电电压值就能推算出被测装置的冲击电压值，假如原边充电电压为U,就可以用平均值ΔU'乘以U等于冲击电压值，尽管标准冲击电压分压器测量范围小于最大冲击电压值，但实现了利用线性度来校准冲击电压发生器装置。
附图说明
图1为本发明的电路原理框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括以下步骤：
A：将冲击电压测量系统的被校分压器和标准分压器均与冲击电压发生器高压引线相连接，被校分压器采集冲击电压发生器放电端的冲击电压设为U校，标准分压器采集冲击电压发生器放电端的冲击电压设为U标；再将直流电阻分压器与冲击电压分压器的充电端连接，采集冲击电压分压器的充电端的充电电压，设为U充；
B：当冲击电压测量系统的被校分压器测量范围未超过标准分压器的测量范围时，利用标准分压器进行全量程比对测量，具体步骤如下：
B1：若被校分压器最高测量电压为U大，在被校分压器测量范围为选取5个测量点，分别为20％U大、40％U大、60％U大、80％U大和需求点，需求点根据检测需求而定；
B2：对测量点为20％U大进行10次的负极性冲击电压测量，分别读取每次的被校分压器电压示值，设为U校1、U校2、……U校10，并同时对应读取每次的标准分压器的电压示值，设为U标1、U标2、……U标10；
B3：重复步骤B2，分别测得40％U大、60％U大、80％U大和需求点的电压示值U校与标准分压器的电压示值U标，再进行比较，得到5组数据的相对误差值和相对误差平均值；
B4：再将步骤B3中得到的5个测量点的相对误差平均值与允许误差值3％进行比对，得出全量程比对下的校准结果；
C：当冲击电压测量系统的被校分压器测量范围超过标准分压器的测量范围时，利用标准分压器进行线性度比对测量，具体步骤如下：
C1：首先，按照步骤A中的校准连线方式进行准备工作；
C2：再在被校分压器测量范围内选取6个点作为校准点，其中第一校准点和第二校准点的测量值处于标准分压器的校准范围内，利用步骤A的连接方式进行全量程比对校准；第三校准点、第四校准点、第五校准点和第六校准点的测量值高于标准分压器的最高值且低于或者等于被校分压器最高值，利用线性度比对进行校准；
C3：当进行第一校准点和第二校准点的校准时，利用步骤A中的校准连线方式，
C3-1：对第一校准点和第二校准点分别进行10次的负极性冲击电压测量，分别读取每次的被校分压器电压示值，设为U校1、U校2、……U校10；并同时对应读取每次的标准分压器的电压示值，设为U标1、U标2、……U标10；
C3-2：将步骤C3-1中的第一校准点的电压示值U校与标准分压器的电压示值U标进行比较，第二校准点的电压示值U校与标准分压器的电压示值U标进行比较，分别得到第一校准点和第二校准点的相对误差值和相对误差平均值；
C3-3：再将步骤C3-2中得到的第一校准点和第二校准点的相对误差平均值与允许误差值3％进行比对，得出第一校准点和第二校准点的的校准结果；
C4：当进行第三校准点、第四校准点、第五校准点和第六校准点的校准时，将连接标准分压器由冲击电压发生器高压引线断开，进行溯源校准，校准范围为标准分压器最大校准电压的5倍；利用直流电阻分压器采集冲击电压分压器的充电端的充电电压U充，被校分压器采集冲击电压发生器放电端的冲击电压U校；
C4-1：采集第三校准点下的被校分压器示值U校3和直流电阻分压器充电电压示值U充3；采集第四校准点下的被校分压器示值U校4和直流电阻分压器充电电压示值U充4；采集第五校准点下的被校分压器示值U校5和直流电阻分压器充电电压示值U充5；采集第六校准点下的被校分压器示值U校6和直流电阻分压器充电电压示值U充6；
C4-2：将步骤C4-1得到的各个校准点下的被校分压器示值U校和充电电压示值U充进行比，得到各个校准点下的被校系统的等效放电级数U'3，
如公式(1)所示：U'3＝U校3/U充3(1)；即：第三校准点下的等效放电级数U'3，第四校准点下的等效放电级数U'4，第五校准点下的等效放电级数U'5，第六校准点下的等效放电级数U'6；并求得四个等效放电级数求平均值，为平均等效放电级数ΔU'；
C4-3：再利用公式(2)得到各个校准点下的线性度偏差δ，线性度偏差 则，第三校准点下的线性度偏差δ3，第四校准点下的线性度偏差δ4，第五校准点下的线性度偏差δ5，第六校准点下的线性度偏差δ6；
C4-4：将四个校准点下的线性度偏差最大值与允许偏差值±1％相比较，得出线性度校准结果；
C4-5：再利用公式(3)得到各个校准点下的电压利用系数ρ,电压利用系数其中20为被校分压器的放电级数；则，第三校准点下的电压利用系数ρ3,第四校准点下的电压利用系数ρ4,第五校准点下的电压利用系数ρ5,第六校准点下的电压利用系数ρ6；
C4-6：将四个校准点下的电压利用系数最大值与电压利用系数标准值85％相比较，得出电压利用系数校准结果。
下面结合具体的实施例来说明本发明的校准方法：
国家电网许继集团公司有一套冲击电压试验装置，其最高冲击电压为2000kV，用来对220kV的互感器做雷电冲击电压试验，现在用一套冲击电压测量系统来对其进行校准比对，冲击测量系统包括一台400kV的标准冲击分压器、一台泰克示波器和一台带有测量软件的笔记本电脑，由于最高冲击电压为2000kV已经超过了400kV的标准冲击分压器的校准范围，所以，利用步骤C来进行校准。全量程比对，再次不再具体举例说明，因为和步骤步骤C中的第一校准点和第二校准点的校准方式相同。
当进行第一校准点和第二校准点的校准时，利用步骤A中的校准连线方式，冲击电压试验分别在最高冲击电压2000kV测量值约10％和20％电压下进行各10次的负极性冲击电压试验，冲击幅值及线性度校准在被检设备分压器分压比设置K＝2900下进行，试验数据及分析结果见表1至表2。
表1约10％冲击电压幅值校准
表2约20％冲击电压幅值校准
其中，相对误差平均值为对相对误差值求平均值。分析表1至2可知，在约20％冲击电压幅值和约40％冲击电压幅值下，相对误差不超过3％，得出校准报告。
下面再进行超范围的测量点的校准
超范围选取700kV、900kV、1100kV、1400kV、1650kV和1990kV，将连接标准分压器由冲击电压发生器高压引线断开，进行溯源校准；利用直流电阻分压器采集冲击电压分压器的充电端的充电电压U充，被校分压器采集冲击电压发生器放电端的冲击电压U校；
采集每个校准点下的被校分压器示值U校3和直流电阻分压器充电电压示值U充3；得到的各个校准点下的被校分压器示值U校和充电电压示值U充进行比，得到各个校准点下的被校系统的等效放电级数U'，
如公式(1)所示：U'＝U校/U充(1)；并求得六个等效放电级数求平均值，为平均等效放电级数ΔU'；
再利用公式(2)得到各个校准点下的线性度偏差δ，线性度偏差 则，第三校准点下的线性度偏差δ3，第四校准点下的线性度偏差δ4，第五校准点下的线性度偏差δ5，第六校准点下的线性度偏差δ6；
将六个校准点下的线性度偏差最大值与允许偏差值±1％相比较，得出线性度校准结果；
再利用公式(3)得到各个校准点下的电压利用系数ρ,电压利用系数 其中20为被校分压器的放电级数；则，第三校准点下的电压利用系数ρ3,第四校准点下的电压利用系数ρ4,第五校准点下的电压利用系数ρ5,第六校准点下的电压利用系数ρ6；
将六个校准点下的电压利用系数最大值与电压利用系数标准值85％相比较，得出电压利用系数校准结果。如表3所示：
表3负极性线性度试验
从表3中可以得出电压利用系数(放电效率)超过了85％，满足行业标准通用技术要求，线性度变化最大值为0.84％，未超出平均值的1％，满足国标要求，所以此套冲击电压试验装置可以用400kV标准冲击电压测量系统来进行校准。
这样，只要知道原边充电电压值就能推算出被测装置的冲击电压值，假如原边充电电压为100kV,我们就可以用平均值ΔU'——17.80乘以100kV等于1780kV的冲击电压值，尽管标准冲击电压分压器只有400kV，但实现了利用线性度来校准2000kV冲击电压发生装置。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种基于线性度分析的冲击电压发生器校准方法，其特征在于：包括以下步骤：
A：将冲击电压测量系统的被校分压器和标准分压器均与冲击电压发生器高压引线相连接，被校分压器采集冲击电压发生器放电端的冲击电压设为U校，标准分压器采集冲击电压发生器放电端的冲击电压设为U标；再将直流电阻分压器与冲击电压分压器的充电端连接，采集冲击电压分压器的充电端的充电电压，设为U充；
B：当冲击电压测量系统的被校分压器测量范围未超过标准分压器的测量范围时，利用标准分压器进行全量程比对测量，具体步骤如下：
B1：若被校分压器最高测量电压为U大，在被校分压器测量范围为选取5个测量点，分别为20％U大、40％U大、60％U大、80％U大和需求点，需求点根据检测需求而定；
B2：对测量点为20％U大进行10次的负极性冲击电压测量，分别读取每次的被校分压器电压示值，设为U校1、U校2、……U校10，并同时对应读取每次的标准分压器的电压示值，设为U标1、U标2、……U标10；
B3：重复步骤B2，分别测得40％U大、60％U大、80％U大和需求点的示值U校与标准分压器的电压示值U标，再进行比较，得到5组数据的相对误差值和相对误差平均值；
B4：再将步骤B3中得到的5个测量点的相对误差平均值与允许误差值3％进行比对，得出全量程比对下的校准结果；
C：当冲击电压测量系统的被校分压器测量范围超过标准分压器的测量范围时，利用标准分压器进行线性度比对测量，具体步骤如下：
C1：首先，按照步骤A中的校准连线方式进行准备工作；
C2：再在被校分压器测量范围内选取6个点作为校准点，其中第一校准点和第二校准点的测量值处于标准分压器的校准范围内，利用步骤A的连接方式进行全量程比对校准；第三校准点、第四校准点、第五校准点和第六校准点的测量值高于标准分压器的最高值且低于或者等于被校分压器最高值，利用线性度比对进行校准；
C3：当进行第一校准点和第二校准点的校准时，利用步骤A中的校准连线方式，
C3-1：对第一校准点和第二校准点分别进行10次的负极性冲击电压测量，分别读取每次的被校分压器电压示值，设为U校1、U校2、……U校10；并同时对应读取每次的标准分压器的电压示值，设为U标1、U标2、……U标10；
C3-2：将步骤C3-1中的第一校准点的电压示值U校与标准分压器的电压示值U标进行比较，第二校准点的电压示值与标准分压器的电压示值U标进行比较，分别得到第一校准点和第二校准点的相对误差值和相对误差平均值；
C3-3：再将步骤C3-2中得到的第一校准点和第二校准点的相对误差平均值与允许误差值3％进行比对，得出第一校准点和第二校准点的的校准结果；
C4：当进行第三校准点、第四校准点、第五校准点和第六校准点的校准时，将连接标准分压器由冲击电压发生器高压引线断开，进行溯源校准，校准范围为标准分压器最大校准电压的5倍；利用直流电阻分压器采集冲击电压分压器的充电端的充电电压U充，被校分压器采集冲击电压发生器放电端的冲击电压U校；
C4-1：采集第三校准点下的被校分压器示值U校3和直流电阻分压器充电电压示值U充3；采集第四校准点下的被校分压器示值U校4和直流电阻分压器充电电压示值U充4；采集第五校准点下的被校分压器示值U校5和直流电阻分压器充电电压示值U充5；采集第六校准点下的被校分压器示值U校6和直流电阻分压器充电电压示值U充6；
C4-2：将步骤C4-1得到的各个校准点下的被校分压器示值U校和充电电压示值U充进行比，得到各个校准点下的被校系统的等效放电级数U'3，如公式(1)所示：U'3＝U校3/U充3(1)；即：第三校准点下的等效放电级数U'3，第四校准点下的等效放电级数U'4，第五校准点下的等效放电级数U'5，第六校准点下的等效放电级数U'6；并求得四个等效放电级数求平均值，为平均等效放电级数ΔU'；
C4-3：再利用公式(2)得到各个校准点下的线性度偏差δ，线性度偏差 则，第三校准点下的线性度偏差δ3，第四校准点下的线性度偏差δ4，第五校准点下的线性度偏差δ5，第六校准点下的线性度偏差δ6；
C4-4：将四个校准点下的线性度偏差最大值与允许偏差值±1％相比较，得出线性度校准结果；
C4-5：再利用公式(3)得到各个校准点下的电压利用系数ρ,电压利用系数其中20为被校分压器的放电级数；则，第三校准点下的电压利用系数ρ3,第四校准点下的电压利用系数ρ4,第五校准点下的电压利用系数ρ5,第六校准点下的电压利用系数ρ6；
C4-6：将四个校准点下的电压利用系数最大值与电压利用系数标准值85％相比较，得出电压利用系数校准结果。
2.根据权利要求1所述的基于线性度分析的冲击电压发生器校准方法，其特征在于：步骤B3和C3-2中所述的相对相对误差平均值为对相对误差值求平均值。
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