电子式互感器校验仪

JJF1995—20221电子式互感器校验仪校准规范1范围本规范适用于额定频率为50Hz的电子式互感器校验仪(以下简称校验仪)的校准。2引用文件本规范引用了下列文件:JJF1617—2016电子式互感器校准规范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/T1943—2018合并单元现场检验规范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JJF1617—2016、GB/T20840.7—2007、GB/T20840.8—2007界定的以及以下术语和定义适用于本规范。3.1电子式互感器electronicinstrumenttransformer一种装置,由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电流或电压传感器组成,用以传输正比于被测量的量,供给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置。在数字接口的情况下,一组电子式互感器共用一台合并单元完成此功能。[GB/T20840.8—2007,3.1.1]3.2电子式互感器校验仪electronicinstrumenttransformertestset对电子式互感器进行误差测量的装置。3.3电子式互感器校验仪校准系统calibrationsystemofelectronicinstrumenttrans-formertestset用于校准校验仪示值误差的装置或系统,可以是一套装置也可以是由分立器件组成的系统,通常包括微差模块、同步信号延时模块、报文生成模块等。3.4外同步方式externalsynchronizationmode利用外部同步信号,使用采样序号实现采样值同步的方式。[DL/T1943—2018,3.1]3.5额定延时同步方式rateddelaysynchronizationmode无需外部同步信号,利用延时补偿方式实现采样值同步的方式。JJF1995—20222[DL/T1943—2018,3.2]3.6比值差示值误差indicationerrorofratiodifference校验仪校准过程中,被校校验仪显示的比值差与对应输入的比值差标准值(参考值)之间的差值。被校校验仪的比值差示值误差按公式(1)计算。Δf=fx-f0(1)式中:Δf—被校校验仪的比值差示值误差,%;fx—被校校验仪的比值差示值,%;f0—对应输入的比值差标准值(参考值),%。3.7相位差示值误差indicationerrorofphaseerror校验仪校准过程中,被校校验仪显示的相位差与对应输入的相位差标准值(参考值)之间的差值。被校校验仪的相位差示值误差按公式(2)计算。Δδ=δx-δ0(2)式中:Δδ—被校校验仪的相位差示值误差,(');δx—被校校验仪的相位差示值,(');δ0—对应输入的相位差标准值(参考值),(')。3.8对时误差示值误差indicationerroroftimingerror校验仪校准过程中,被校校验仪显示的对时误差与对应输入的对时误差标准值(参考值)之间的差值。被校校验仪的对时误差示值误差按公式(3)计算。ΔT=Tx-T0(3)式中:ΔT—被校校验仪的对时误差示值误差,μs;Tx—被校校验仪的对时误差示值,μs;T0—对应输入的对时误差标准值(参考值),μs。3.9采样值报文发送时间间隔离散值示值误差indicationerrorofsamplingvaluemessagesendingtimeintervaldiscretevalue校验仪校准过程中,被校校验仪显示的采样值报文发送时间间隔离散值与对应输入的采样值报文发送时间间隔离散值标准值(参考值)之间的差值。被校校验仪的采样值报文发送时间间隔离散值示值误差按公式(4)计算。Δt=tx-t0(4)式中:Δt—被校校验仪的采样值报文发送时间间隔离散值示值误差,μs;tx—被校校验仪的采样值报文发送时间间隔离散值示值,μs;t0—对应输入的采样值报文发送时间间隔离散值标准值(参考值),μs。4概述校验仪由标准通道、被测通道及同步信号通道构成,校验仪结构原理图见图1。标JJF1995—20223准通道对标准电压(电流)互感器输出的模拟信号进行采样;被测通道分为数字量与模拟量两种输入形式,被测通道对数字(模拟)信号进行解析(采样);同步信号通道用于同步信号的输入与输出。校验仪分别将标准通道与被测通道的信号序列折算为一次信号序列,通过计算得到被测电子式互感器的比值差和相位差。校验仪也可开展对时误差及采样值报文发送时间间隔离散值的测量。图1校验仪结构原理图a、x—标准电压输入端子;Io、Ix—标准电流输入端子;TV、D—被测模拟量电压信号输入端子;FL—光纤接口;RJ—网线接口;TX、RX—同步信号输出、输入端子5计量特性5.1比值差示值误差和相位差示值误差校验仪电流、电压通道在额定频率下的比值差示值误差和相位差示值误差一般不超过表1、表2所列误差限值。校验仪在外同步方式和额定延时方式下误差一般不超过表1、表2所列误差限值。表1电流通道误差限值额定电流百分数/%1520100120比值差示值误差/%±0.10±0.05±0.05±0.05±0.05相位差示值误差/(')±4±2±2±2±2表2电压通道误差限值额定电压百分数/%80100120比值差示值误差/%±0.05±0.05±0.05相位差示值误差/(')±2±2±2JJF1995—202245.2对时误差示值误差对校验仪对时误差示值误差进行连续测量,时间为10min,校验仪对时误差示值误差绝对值不超过0.3μs。5.3采样值报文发送时间间隔离散值示值误差对校验仪采样值报文发送时间间隔离散值示值误差进行连续测量,时间为10min,校验仪采样值报文发送时间间隔离散值示值误差绝对值一般不超过3.3μs。5.4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)一般不大于被校校验仪误差限值绝对值的1/10。5.5短时稳定性在被校校验仪测量范围内对单个校准点进行连续不间断测量,时间为10min,所得误差值最大值与最小值之差一般不大于对应误差限值的1/2。注:以上指标不用于合格性判别,仅供参考。6校准条件6.1环境条件校准环境条件满足以下要求:a)温度:(23±5)℃;b)相对湿度:≤80%;c)电源频率:(50±0.5)Hz;d)电源波形畸变系数:≤5%。6.2测量标准及其他设备6.2.1微差模块微差模块具有产生标准信号与被测信号之间的比值差和相位差的功能,由其所引起的测量误差绝对值不大于被校校验仪误差限值的1/3。微差模块的比值差、相位差的设置范围分别不小于±10%、±300',分辨力分别不低于0.001%、0.01'。微差模块典型构建方案见附录A。6.2.2同步信号延时模块±0.3μs。同步信号延时模块延时参数的设置范围不小于±3μs,分辨力不低于0.1μs。6.2.3报文生成模块±1μs。测量范围不小于±30μs,分辨力不低于0.1μs。6.2.4绝缘电阻表绝缘电阻表的测量电压为1000V,准确度等级不低于10级。JJF1995—202257校准项目和校准方法7.1校准项目校验仪的校准项目见表3。开展校准工作的实验室,根据客户要求选择校准其中的项目。表3校准项目序号校准项目名称计量特性条款编号校准方法条款编号1比值差示值误差和相位差示值误差5.17.3.22对时误差示值误差5.27.3.33采样值报文发送时间间隔离散值示值误差5.37.3.44测量重复性5.47.3.55短时稳定性5.57.3.67.2校准前的准备工作7.2.1外观检查校验仪的出厂编号、仪器名称、型号、制造厂名(或商标)等信息齐全;被校校验仪的机壳、端钮、开关和按键等无影响校准或使用安全的松动、损伤、脱落;各种功能标志齐全正确。7.2.2通电检查通电后各开关和按键能正常工作,各种显示均正常。7.2.3绝缘电阻将校验仪电流、电压测量通道的输入端子短接后测量输入端子对地绝缘电阻,将电源插座的相线与零线短接后测量电源插座对地绝缘电阻。绝缘电阻使用绝缘电阻表测量,绝缘电阻不低于20MΩ。7.3校准方法7.3.1校准点的选取校验仪校准点选取参照表4,每个校准点从表5中选取不少于3组比值差的微差和相位差的微差组合进行校准,微差组合包括零点,宜正负交错选取。表4校准点选取额定电流/电压百分比/%电流通道校准点1520100120电压通道校准点——80100120校验仪每个校准点叠加的比值差、相位差的微差选取参照表5。表5比值差示值误差、相位差示值误差的微差点选取序号微差值序号微差值比值差微差点1-2.0%9+2.0%2-1.0%10+1.0%3-0.11%11+0.11%6表5(续)序号微差值序号微差值比值差微差点4-0.088%12+0.088%5-0.066%13+0.066%6-0.033%14+0.033%7-0.011%15+0.011%8016—相位差微差点1-100'9+100'2-30'10+30'3-10'11+10'4-1'12+1'5-0.8'13+0.8'6-0.3'14+0.3'7-0.1'15+0.1'8016—对时误差示值误差校准点可在0~1μs任意选取,采样值报文发送时间间隔离散值示值误差校准点可在-10μs~+10μs任意选取。7.3.2比值差示值误差和相位差示值误差7.3.2.1一般要求校验仪每个通道均需要单独校准。校验仪的校准分为数字量输入通道和模拟量输入—通道的校准。以n次误差测量值的算术平均值x作为校准结果。7.3.2.2数字量输入通道校验仪数字量输入通道的校准分为外同步方式校准及额定延时同步方式校准,校验仪外同步方式接线方式见图2,校验仪额定延时同步方式接线方式见图3。电子式互感器校验仪校准系统(以下简称校准系统)中微差模块的标准电压(电流)信号分别与校验仪的标准电压(电流)输入接口连接,微差模块的采样值报文接口与校验仪被测通道的网络信号输入接口连接,外同步方式下,还需将微差模块的同步时钟信号输入接口与校验仪同步时钟信号输出接口连接。JJF1995—20227图2校验仪外同步方式数字量接口校准接线图3校验仪额定延时同步方式数字量接口校准接线校准系统微差模块根据被校校验仪工作方式设置为外同步方式或额定延时同步方式,根据选取的校准点,调节微差模块输出相应比值差、相位差微差信号,分别记录微差模块的参考值(标准值)及校验仪的示值,并根据公式(1)及公式(2)计算示值误差。7.3.2.3模拟量输入通道校验仪模拟量输入通道校准的接线方式见图4。对于标准电流通道,校准系统中微差模块的标准电流输出与校验仪的标准电流输入接口连接,微差模块的模拟信号输出与校验仪被测通道的被测电压输入接口连接。对于标准电压通道,校准系统中微差模块的标准电压输出与校验仪的标准电压输入接口连接,微差模块的模拟信号输出与校验仪被8测通道的被测电压输入接口连接。图4校验仪模拟量接口校准接线根据选取的校准点,调节微差模块输出相应比值差、相位差微差信号,分别记录微差模块的参考值(标准值)及校验仪的示值,并根据公式(1)及公式(2)计算示值误差。7.3.3对时误差示值误差校验仪对时误差示值误差的校准接线见图5。将同步信号延时模块的同步信号输出、输入接口分别与校验仪同步信号输入、输出接口连接。图5校验仪对时误差示值误差校准接线9校准系统中,同步信号延时模块接收校验仪的同步信号,延迟设定时间后输出至校验仪的同步信号输入接口,分别记录同步信号延时模块的参考值(标准值)及校验仪的示值,并根据公式(3)计算示值误差。连续测量10min,记录这段时间内测得ΔT的最大值。7.3.4采样值报文发送时间间隔离散值示值误差校验仪采样值报文发送间隔离散值示值误差校准接线见图6。将报文生成模块的输出接口与校验仪网络信号输入接口连接。将校验仪同步信号通道与报文生成模块的同步信号通道连接。图6校验仪采样值报文发送间隔离散值示值误差校准接线校准系统中,报文生成模块接收校验仪的同步信号,报文生成模块输出离散值可调的采样值报文至校验仪的网络信号输入接口,分别记录报文生成模块的参考值(标准值)及校验仪的示值,并根据公式(4)计算示值误差。连续测量10min,记录这段时间内测得Δt的最大值。7.3.5测量重复性根据用户需求选择比值差和相位差微差组合进行测量重复性试验。测量重复性试验与比值差示值误差、相位差示值误差试验同时进行,计算出连续n(n≥10)次误差测—量值的算术平均值的实验标准偏差。误差测量值的算术平均值x的实验标准偏差计算方法见公式(5)。 s()=i-1)2(5)式中:xi—第i次误差测量值;n—测量次数(n≥10)。107.3.6短时稳定性根据用户需求任意选择1个校准点进行短时稳定性试验。在同一测量点连续测试10min,得出被校校验仪误差的最大值和最小值,计算所得误差值最大值与最小值之差。8校准结果校准结果应在校准证书上反映。校准证书应至少包括以下信息:a)标题:“校准证书”;b)实验室名称和地址;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;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;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,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性或应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)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;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书或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;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。比值差示值误差、相位差示值误差测量不确定度评定示例参见附录B,原始记录格式参见附录C,校准证书内页格式参见附录D。9复校时间间隔建议复校的时间间隔为1年。由于复校时间间隔的长短是由仪器使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的,因此,送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。JJF1995—202211附录A微差模块典型构建方案微差模块是用于校准校验仪比值差示值误差和相位差示值误差的主要部件。微差模块通过向被校校验仪输出标准信号与被测信号,并设置两路信号间的比值差和相位差参考值(标准值),将被校校验仪的比值差和相位差测量值与微差模块的参考值(标准值)进行比较的原理实现校准。标准信号输出包括额定值为100V、100/3V的标准电压输出与额定值为5A、1A的标准电流输出。被测信号输出包括模拟信号输出、采样值报文输出及同步时钟信号,其中模拟信号输出符合GB/T20840.7及GB/T20840.8要求,采样值报文输出符合DL/T860.92的要求,具体接口方式见图2。微差模块的工作方式包括标准电压输出与模拟信号输出、标准电压输出与采样值报文输出、标准电流输出与模拟信号输出、标准电流输出与采样值报文输出四种,其典型构建方案分别见A.1至A.4。A.1标准电压输出与模拟信号输出方式标准电压信号源U作为标准电压信号从a、x接口输出。标准电压信号源U与微差电压信号源ΔU按图A.1方式连接,生成叠加信号U+ΔU,通过感应分压器K将叠加信号转换成符合GB/T20840.7的模拟信号从TV、D接口输出。图A.1标准电压输出与模拟信号输出方式标准电压信号源和微差电压信号源准确度不低于0.2%,感应分压器的准确度等级应不低于0.01级。微差模块的比值差、相位差的设置范围分别不小于±10%、±300',分辨力分别不低于0.001%、0.01'。A.2标准电压输出与采样值报文输出方式标准电压信号源U作为标准电压信号从a、x接口输出。标准电压信号源U与微差电压信号源ΔU按图A.2方式连接,生成叠加信号U+ΔU,通过信号采样及报文转换模块,在同步时钟驱动下对叠加信号采样并转换成符合DL/T860.92要求的采样值报文从FL/RJ接口输出。JJF1995—202212微差电压信号源准确度不低于0.2%,信号采样及报文转换模块的准确度不低于0.02%。微差模块的比值差、相位差的设置范围分别不小于±10%、±300',分辨力分别不低于0.001%、0.01'。图A.2标准电压输出与采样值报文输出方式A.3标准电流输出与模拟信号输出方式标准电流信号源I作为标准电流信号从Io、Ix接口输出。标准电流信号源I与微差电流信号源ΔI按图A.3方式连接,生成叠加信号I+ΔI,并通过分流器R将叠加信号转换成符合GB/T20840.8的被测信号从TV、D接口输出。微差电流信号源准确度不低于0.2%,分流器的准确度等级不低于0.01级。微差模块的比值差、相位差的设置范围分别不小于±10%、±300',分辨力分别不低于0.001%、0.01'。图A.3标准电流输出与模拟信号输出方式A.4标准电流输出与采样值报文输出方式标准电流信号源I作为标准电流信号从Io、Ix接口输出。标准电流信号源I与微差电流信号源ΔI按图A.4方式连接,生成叠加信号I+ΔI,通过信号采样及报文转换模块,在同步时钟驱动下对叠加信号采样并转换成符合DL/T860.92要求的采样值报文从FL/RJ接口输出。标准电流信号源和微差电流信号源准确度等级不低于0.2级,信号采样及报文转换13±10%、±300',分辨力分别不低于0.001%、0.01'。图A.4标准电流输出与采样值报文输出方式JJF1995—202214附录B比值差示值误差和相位差示值误差测量不确定度评定B.1比值差示值误差测量不确定度评定B.1.1测量方法被校校验仪的比值差示值误差采用与校准系统比较方式进行,在同一标准电流或电压下,按公式(B.1)计算示值误差。以下以校验仪一次额定电流为1000A,二次额定电流为5A,在参考电流1000A时为例进行评定。B.1.2测量模型比值差示值误差测量模型见公式(B.1)(B.1)Δf=fx-(B.1)式中:Δf—被校校验仪的比值差示值误差,%;fx—被校校验仪的比值差示值,%;f0—对应输入的比值差标准值(参考值),%。B.1.3不确定度分量的来源分析校验仪的校准过程,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,被校校验仪测量重复性引入的不确定度u1;2)被校校验仪分辨力引入的不确定度u2;3)在规定的环境条件和正常的工作状态下,校准系统引入的不确定度分量u3。B.1.4各标准不确定度评定B.1.4.1被校校验仪测量重复性引入的标准不确定度u1对被校校验仪重复性测量的数据,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,呈正态分布。使用校准系统校准校验仪,输出比值差标准值为0.110%,连续记录被校校验仪比值差示值10次,得到下列一组数据,见表B.1。表B.1比值差示值误差校准结果测量次数标准值f0/%校验仪示值fx/%误差Δf/%1+0.110+0.1246+0.01462+0.110+0.1188+0.00883+0.110+0.1163+0.00634+0.110+0.1172+0.00725+0.110+0.1171+0.00716+0.110+0.1163+0.00637+0.110+0.1181+0.008115表B.1(续)测量次数标准值f0/%校验仪示值fx/%误差Δf/%8+0.110+0.1184+0.00849+0.110+0.1159+0.005910+0.110+0.1124+0.0024针对本次校验仪校准试验,采用10次测量值的平均值,所以测量重复性引入的标准不确定度:u1=3.073×10-5B.1.4.2被校校验仪分辨力引入的标准不确定度u2被校校验仪分辨力要求为0.001%,即1.0×10-5,半宽区间为5.0×10-6,测量值落在该区间的概率密度函数为均匀分布,则标准不确定度:u2=5.0×10-6 3=2.9×10-6B.1.4.3分流器引入的标准不确定度u3根据分流器的校准证书,由分流器阻抗误差引入的标准不确定度:u3=0.5×10-5B.1.4.4由数字多用表引入的标准不确定度u4根据数字多用表的校准证书,其引入的标准不确定度:u4=1.25×10-6B.1.5标准不确定度分量汇总表根据以上分析,可列出标准不确定度分量汇总表,如表B.2所示。表B.2比值差示值误差不确定度分量汇总表不确定度评定方法标准不确定度不确定度来源测量值分布类型包含因子不确定度分量A类u1测量重复性正态分布13.073×10-5B类u2分辨力均匀分布 30.290×10-5B类u3分流器—10.500×10-5B类u4数字多用表—10.125×10-5经分析以上各分量不相关,则比值差示值误差的合成标准不确定度:uc=u=3.0732+0.292+0.5002+0.1252×10-5≈3.129×10-5B.1.6扩展不确定度取包含因子k=2,不0-×10-516B.2相位差示值误差不确定度评定B.2.1测量方法被校校验仪的相位差示值误差测量采用与校准系统比较方式进行,在同一参考电流或电压下,按公式(B.2)计算示值误差。以下以校验仪一次额定电流为1000A,二次额定电流为5A,在参考电流1000A时为例进行评定。B.2.2测量模型(B.2)相位差示值误差测量模型如公式(B.2)所示(B.2)Δδ=δx-δ0式中:Δδ—被校校验仪的相位差示值误差,(');δx—被校校验仪的相位差示值,(');δ0—对应输入的相位差标准值(参考值),(')。B.2.3不确定度分量的来源分析校验仪的校准过程,其不确定度来源主要有以下几项:1)在规定的环境条件下,被校校验仪测量重复性引入的不确定度u1;2)被校校验仪分辨力引入的不确定度u2;3)在规定的环境条件和正常的工作状态下,校准系统引入的不确定度u3。B.2.4各标准不确定度评定B.2.4.1被校校验仪测量重复性引入的不确定度u1对被校校验仪重复性测量的数据,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u1,呈正态分布。使用校准系统校准校验仪,输出相位差标准值为0.80',连续记录被校校验仪比值差示值10次,得到下列一组数据,见表B.3。表B.3相位差示值误差校准结果测量次数标准值δ0/(')校验仪示值δx/(')相位差Δδ/(')1+0.80+1.02+0.222+0.80+0.97+0.173+0.80+1.08+0.284+0.80+0.42-0.385+0.80+1.04+0.246+0.80+1.02+0.227+0.80+1.03+0.238+0.80+0.55-0.259+0.80+1.06+0.2610+0.80+0.99+0.19针对本次校验仪校准试验,采用10次测量值的平均值,所以测量重复性引入的标17准不确定度:u1=0.232'B.2.4.2被校校验仪分辨力引入的不确定度u2被校校验仪分辨力要求为0.01',半宽区间为0.005',测量值落在该区间的概率密度函数为均匀分布,则标准不确定度:u2u2=3=2.89×10-3B.2.4.3分流器引入的不确定度u3根据分流器直流和53Hz交直流差校准结果,其引入的标准不确定度:2×360×60×10-6u3=(2π)'=2×360×60×10-6B.2.4.4数字多用表引入的不确定度u4数字多用表3458A采样延时,其引入的标准不确定度:u4=0.12'B.2.5标准不确定度分量汇总表根据以上分析,可列出标准不确定度分量汇总表,如表B.4所示。表B.4相位差示值误差不确定度分量汇总表不确定度评定方式标准不确定度不确定度来源测量值分布类型包含因子不确定度分量A类u1测量重复性正态分布10.232B类u2分辨力均匀分布 30.003B类u3分流器—10.007B类u4数字多用表—10.120经分析以上各分量不相关,则相位差示值误差的合成标准不确定度:uc=u=(0.2322+0.0032+0.0072+