CN116087861A - 一种用于补偿直流高压分压器检定校准误差的方法及装置 - Google Patents

一种用于补偿直流高压分压器检定校准误差的方法及装置 Download PDF

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刘方明
肖凯
刘浩
王海燕
周峰
殷小东
雷民
王雪
杨洪
姚腾
古雄
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    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Abstract

本发明公开了一种用于补偿直流高压分压器检定校准误差的方法及装置，包括：将高稳直流高压源分别通过标准直流高压分压器和被检直流高压器；同步采集标准直流高压分压器与被检直流高压器的低压臂电压；将所述低压臂电压代入预先构建的直流高压分压器的数学模型，分别获取标准直流高压分压器和被检直流高压器的分压比；根据所述标准直流高压分压器与被检直流高压器的分压比，确定直流高压器的影响因子；根据所述影响因子对所述被检直流高压器的校准误进行补偿。解决现有表计输入阻抗的测量值不准确的问题。

Description

一种用于补偿直流高压分压器检定校准误差的方法及装置
技术领域
本申请涉及高电压大电流测试技术领域，具体涉及一种用于补偿直流高压分压器检定校准误差的方法及装置。
背景技术
自20世纪70年代以来，国外先后建立100kV或更高电压等级的直流高电压标准，各种基于高电压的直流高压分压器计量能力与水平逐步提高，国内提出对2种直流分压器校验方法，并开展比对验证实验。随着测量水平的提升，直流高压分压器精度要求也更高，相关基于分压器自身电阻元器件特性以及高压下泄漏电流等研究工作逐渐开展，提出了一种在高电压下对精密电阻温度系数与电压系数的测量方法，为直流高压分压器电阻材料选择提供参考，在元器件层面提升分压器的测量不确定度水平；提出一种直流高压电阻分压器泄漏电流测量装置，能有效克服电源纹波及漂移对测量精度的影响，并通过泄漏电流的测量优化分压器的设计，进一步提升分压器在高电压下的测量准确度；分别从散热、径向放电理论等设计层面提出对分压器测量水平提升的方法。
目前基于测量系统自身的偏差影响理论上较少，简单的探讨利用双数字电压表法对分压器分压比精确测量，主要集中于对双表采集同步设计，以避免电源纹波的影响。实际上对于绝大部分测量仪表都会引入输入阻抗，特别是对于直流电压超过10V的测量，表计输入阻抗的引入会直接影响测量结果。通过开展表计输入阻抗对分压比测量结果影响验证试验，给出表计输入阻抗对测量结果影响的分量，并提出一种对测量结果修正的方法，通过对已引入输入阻抗的测量结果进行修正，使测量水平更加接近真实测量结果。
直流高压分压器的检定校准依据国家计量检定规程JJG 1007-2005《直流高压分压器》，检定规程给出了直流高压分压的三种检定方法，实验室及现场环境下主要采用差值法以及电压比法。通常认为低压臂测量表计输入阻抗会对直流高压分压器分压比的测量有较大影响，但缺乏输入阻抗对两种测量方法影响依据以及具体影响量大小的判断。
发明内容
为解决上述问题，本申请提供一种用于补偿直流高压分压器检定校准误差的方法，包括：
将高稳直流高压源分别通过标准直流高压分压器和被检直流高压器；
同步采集标准直流高压分压器与被检直流高压器的低压臂电压；
将所述低压臂电压代入预先构建的直流高压分压器的数学模型，分别获取标准直流高压分压器和被检直流高压器的分压比；
根据所述标准直流高压分压器与被检直流高压器的分压比，确定直流高压器的影响因子；
根据所述影响因子对所述被检直流高压器的校准误进行补偿。
进一步的，同步采集标准直流高压分压器与被检直流高压器的低压臂电压，包括：通过同步触发模块触发直流数字电压表，由所述直流数字电压表同步采集标准直流高压分压器与被检直流高压器的低压臂电压。
进一步的，所述直流高压分压器的数学模型，通过引入表计输入阻抗后，获得的被检直流高压分压器分压比，具体为：
Figure BDA0003741498140000021
其中，Kx′为表计输入阻抗后的被检直流高压分压器分压比，K0为标准直流高压分压器标称分压比，U0′为引入表计阻抗的标准直流高压分压器输出电压，Ux′为引入表计阻抗的被检直流高压分压器输出电压，Kx为引入表计阻抗的被检直流高压分压器输出电压，RLx为被检直流高压分压器低压臂电阻，RM为表计输入阻抗，RL为标准直流高压分压器低压臂电阻。
进一步的，根据所述标准直流高压分压器与被检直流高压器的分压比，确定直流高压器的影响因子，包括：
根据所述直流高压分压器的数学模型，得到
Figure BDA0003741498140000022
引入的表计直流测量下阻抗为MΩ级，分压器低压臂为kΩ级，所述直流高压分压器的数学模型可简化为：
Figure BDA0003741498140000023
其中，ΔR为标准直流高压分压器与被检直流高压分压器低压臂电阻之差，
Figure BDA0003741498140000031
为引入表计输入阻抗后分压比测量存在的偏差，将所述偏差作为影响因子。
进一步的，根据所述影响因子对所述被检直流高压器的校准误进行补偿，包括：
根据所述影响因子与标准直流高压分压器和被检直流高压器的低压臂电阻差值成正相关，与表计输入阻抗负相关，通过对测量结果进行影响因子修正的方法进行补偿。
本申请同时提供一种用于补偿直流高压分压器检定校准误差的装置，包括：
高压源接入单元，用于将高稳直流高压源分别通过标准直流高压分压器和被检直流高压器；
同步采集单元，用于同步采集标准直流高压分压器与被检直流高压器的低压臂电压；
分压比获取单元，用于将所述低压臂电压代入预先构建的直流高压分压器的数学模型，分别获取标准直流高压分压器和被检直流高压器的分压比；
影响因子确定单元，用于根据所述标准直流高压分压器与被检直流高压器的分压比，确定直流高压器的影响因子；
补偿单元，用于根据所述影响因子对所述被检直流高压器的校准误进行补偿。
本申请提供的一种用于补偿直流高压分压器检定校准误差的方法及装置，通过对基于电压比法的直流高压分压器检定校准误差进行补偿后,测量结果与真实测量结果偏差不超过0.01％,各电压等级的分压比设计不再只限于二次电压低于10V，对于现场环境差、电压等级高二次电压超过10V的分压器仍可采用本方法，同时保证其测量准确性。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种用于补偿直流高压分压器检定校准误差的方法的流程示意图；
图2是本申请实施例涉及的引入表计输入阻抗的电压比较法检定/校准数学模型；
图3是本申请实施例涉及的引入输入阻抗的电压比法检定/校准模型；
图4是本申请实施例涉及的不同分压比下试验数据；
图5是本申请实施例提供的一种用于补偿直流高压分压器检定校准误差的装置示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
图1是本申请实施例提供的一种用于补偿直流高压分压器检定校准误差的方法的流程示意图,下面结合图1对本申请实施例提供的方法进行详细说明。
步骤S101，将高稳直流高压源分别通过标准直流高压分压器和被检直流高压器；
本发明所涉及的引入输入阻抗的电压比法检定/校准模型，如图3所示，将高稳直流高压源通过标准直流高压分压器与被检直流高压分压器后，由直流数字电压表采集低压臂电压。
步骤S102，同步采集标准直流高压分压器与被检直流高压器的低压臂电压。
通过同步触发模块触发直流数字电压表，由所述直流数字电压表同步采集标准直流高压分压器与被检直流高压器的低压臂电压。
如图3所示，直流数字高压表通过GPIB转USB接口同上位机进行连接，上位机程序由LABVIEW编写，通过USB-GPIB实现对直流数字电压表的功能设置、数据采集等通信过程，从而上位机实现直流数字高压表的同步采样，并进行数据处理。
步骤S103，将所述低压臂电压代入预先构建的直流高压分压器的数学模型，分别获取标准直流高压分压器和被检直流高压器的分压比。
图2中电压比法直流高压分压器分压比计算公式为：
Figure BDA0003741498140000041
其中
Figure BDA0003741498140000042
RH＞＞RL,因此
Figure BDA0003741498140000043
同理有：
Figure BDA0003741498140000051
对引入表计输入阻抗的电压比较法检定/校准数学模型如图2所示：
在引入表记输入阻抗后，实际低压臂电阻由RL与数字多用表内阻RM并联组成，低压臂电阻：
Figure BDA0003741498140000052
同样，有：
Figure BDA0003741498140000053
分别代入(2)(3)式，得到：
Figure BDA0003741498140000054
Figure BDA0003741498140000055
将(6)、(7)代入(1)式得到被检直流高压分压器分压比，如下：
Figure BDA0003741498140000056
其中，Kx′为表计输入阻抗后的被检直流高压分压器分压比，K0为标准直流高压分压器标称分压比，U0′为引入表计阻抗的标准直流高压分压器输出电压，Ux′为引入表计阻抗的被检直流高压分压器输出电压，Kx为引入表计阻抗的被检直流高压分压器输出电压，RLx为被检直流高压分压器低压臂电阻，RM为表计输入阻抗，RL为标准直流高压分压器低压臂电阻。
步骤S104，根据所述标准直流高压分压器与被检直流高压器的分压比，确定直流高压器的影响因子。
对于式(8)同样有
Figure BDA0003741498140000057
本发明所采用的344系列万用表，直流测量下阻抗为MΩ级，分压器低压臂为kΩ级，式(9)中可简化为
Figure BDA0003741498140000058
其中，ΔR为标准直流高压分压器与被检直流高压分压器低压臂电阻之差，
Figure BDA0003741498140000061
为引入表计输入阻抗后分压比测量存在的偏差，将所述偏差作为影响因子。由式(10)可以得出，引入表计输入阻抗后分压比测量存在偏差，为方便陈述，理论偏差值称为影响因子，影响因子大小为
Figure BDA0003741498140000062
(其中ΔR为标准器与被检试品低压臂电阻之差)。
步骤S105，根据所述影响因子对所述被检直流高压器的校准误进行补偿。
根据所述影响因子与标准直流高压分压器和被检直流高压器的低压臂电阻差值成正相关，与表计输入阻抗负相关，通过对测量结果进行影响因子修正的方法进行补偿。具体应用实施例如下：在对某额定电压为40kV的试品以电压比法以及其它方法(差值法)开展测试，在额定电压10％，20％，50％，80％，100％点测得分压比数据如表1、表2、表3所示。
表1未采用补偿的电压比法试验数据
Figure BDA0003741498140000063
表2实际电压比法试验数据
Figure BDA0003741498140000064
表3正常输入阻抗、高阻态输入下的差值法试验数据
Figure BDA0003741498140000071
为方便对试验结果进行对比，各电压点测量结果以图4形式进行表现。由图4可以看出，未采用补偿法的结果对其他方法(可近似视为真是结果)偏差较大。
作为对照，又以标准直流高压分压器100000:1档位对试品10000:1档位进行了验证试验，根据式(10)影响因素:
Figure BDA0003741498140000072
通过试验得到分压器分压比测试数据如表5所示，
表5补偿后分压比与实际分压比
Figure BDA0003741498140000073
实验数据表明，经过影响因子修正后的分压比已经十分接近试品真实分压比。
基于同一发明构思，一种用于补偿直流高压分压器检定校准误差的装置500，如图5所示，包括：
高压源接入单元510，用于将高稳直流高压源分别通过标准直流高压分压器和被检直流高压器；
同步采集单元520，用于同步采集标准直流高压分压器与被检直流高压器的低压臂电压；
分压比获取单元530，用于将所述低压臂电压代入预先构建的直流高压分压器的数学模型，分别获取标准直流高压分压器和被检直流高压器的分压比；
影响因子确定单元540，用于根据所述标准直流高压分压器与被检直流高压器的分压比，确定直流高压器的影响因子；
补偿单元550，用于根据所述影响因子对所述被检直流高压器的校准误进行补偿。
本申请提供的一种用于补偿直流高压分压器检定校准误差的方法及装置，通过对基于电压比法的直流高压分压器检定校准误差进行补偿后,测量结果与真实测量结果偏差不超过0.01％,各电压等级的分压比设计不再只限于二次电压低于10V，对于现场环境差、电压等级高二次电压超过10V的分压器仍可采用本方法，同时保证其测量准确性。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种用于补偿直流高压分压器检定校准误差的方法，其特征在于，包括：
将高稳直流高压源分别通过标准直流高压分压器和被检直流高压器；
同步采集标准直流高压分压器与被检直流高压器的低压臂电压；
将所述低压臂电压代入预先构建的直流高压分压器的数学模型，分别获取标准直流高压分压器和被检直流高压器的分压比；
根据所述标准直流高压分压器与被检直流高压器的分压比，确定直流高压器的影响因子；
根据所述影响因子对所述被检直流高压器的校准误进行补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，同步采集标准直流高压分压器与被检直流高压器的低压臂电压，包括：通过同步触发模块触发直流数字电压表，由所述直流数字电压表同步采集标准直流高压分压器与被检直流高压器的低压臂电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直流高压分压器的数学模型，通过引入表计输入阻抗后，获得的被检直流高压分压器分压比，具体为：
Figure FDA0003741498130000011
其中，Kx′为表计输入阻抗后的被检直流高压分压器分压比，K0为标准直流高压分压器标称分压比，U0′为引入表计阻抗的标准直流高压分压器输出电压，Ux′为引入表计阻抗的被检直流高压分压器输出电压，Kx为引入表计阻抗的被检直流高压分压器输出电压，RLx为被检直流高压分压器低压臂电阻，RM为表计输入阻抗，RL为标准直流高压分压器低压臂电阻。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述标准直流高压分压器与被检直流高压器的分压比，确定直流高压器的影响因子，包括：
根据所述直流高压分压器的数学模型，得到
Figure FDA0003741498130000012
引入的表计直流测量下阻抗为MΩ级，分压器低压臂为kΩ级，所述直流高压分压器的数学模型可简化为：
Figure FDA0003741498130000013
其中，ΔR为标准直流高压分压器与被检直流高压分压器低压臂电阻之差，
Figure FDA0003741498130000021
为引入表计输入阻抗后分压比测量存在的偏差，将所述偏差作为影响因子。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述影响因子对所述被检直流高压器的校准误进行补偿，包括：
根据所述影响因子与标准直流高压分压器和被检直流高压器的低压臂电阻差值成正相关，与表计输入阻抗负相关，通过对测量结果进行影响因子修正的方法进行补偿。
6.一种用于补偿直流高压分压器检定校准误差的装置，其特征在于，包括：
高压源接入单元，用于将高稳直流高压源分别通过标准直流高压分压器和被检直流高压器；
同步采集单元，用于同步采集标准直流高压分压器与被检直流高压器的低压臂电压；
分压比获取单元，用于将所述低压臂电压代入预先构建的直流高压分压器的数学模型，分别获取标准直流高压分压器和被检直流高压器的分压比；
影响因子确定单元，用于根据所述标准直流高压分压器与被检直流高压器的分压比，确定直流高压器的影响因子；
补偿单元，用于根据所述影响因子对所述被检直流高压器的校准误进行补偿。
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