IEC 60076-19-12023 电力变压器.第19-1部分电力变压器损耗测量中不确定度的测定规则标准立项发展报告

电力变压器第19-1部分：电力变压器损耗测量中不确定度的测定规则标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PowerTransformers–Part19-1:RulesfortheDeterminationofUncertaintiesintheMeasurementoftheLossesofPowerTransformers摘要随着全球能源结构转型与新型电力系统建设的深入推进，电力变压器作为电网核心输变电设备，其能效水平直接影响电力系统的经济运行与碳减排目标实现。变压器损耗的准确测量与评定，不仅是设备出厂验收和型式试验的关键环节，更关系到能效等级判定、合同履约以及电力市场化交易的公平性。然而，传统损耗测量方法受测试系统误差、仪器仪表精度、试验环境条件等多重因素影响，测量结果的不确定度难以系统量化，制约了测量结果的国际互认与贸易便利化。在此背景下，国际电工委员会（IEC）于2023年5月23日正式发布IEC60076-19-1:2023《电力变压器第19-1部分：电力变压器损耗测量中不确定度的测定规则》，为全球变压器损耗测量的不确定度评定提供了统一的技术规范。本标准基于测量不确定度表示指南（GUM）框架，系统规定了损耗测量不确定度的来源识别、分量评定、合成方法及报告要求，填补了IEC60076系列标准中损耗测量不确定度系统化评定的空白。本报告全面梳理了该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及其行业影响，分析了标准对变压器制造企业、检测机构、电网公司及相关科研单位的应用指导意义，并对标准未来修订方向和国际国内转化前景进行了展望。关键词：电力变压器；损耗测量；不确定度；IEC60076-19-1；国际标准；测量保证；能效评定Keywords:Powertransformers;Lossmeasurement;Uncertainty;IEC60076-19-1;Internationalstandard;Measurementassurance;Energyefficiencyevaluation1引言1.1立项背景与意义电力变压器是电力系统中电压变换与电能传输的核心装备，其运行损耗包括空载损耗（铁损）和负载损耗（铜损）。据统计，电力变压器损耗占电网网损的比例可达30%-50%，是电网节能降碳的关键环节。国际社会对变压器能效的关注持续升温，国际能源署（IEA）以及多个国家和地区相继出台了变压器最低能效标准（MEPS）和能效标识制度，对变压器损耗指标提出了日益严格的限值要求。在此背景下，变压器损耗测量的准确性和可靠性面临更大挑战。一方面，高效节能变压器的损耗水平不断降低，损耗测量结果的相对不确定度随之增大——当损耗值本身很小时，同等绝对误差对应的相对不确定度显著上升，使测量结果的可靠性面临严峻挑战；另一方面，国际贸易中变压器产品的能效验证依赖于测量数据的国际互认，而测量结果的不确定度是国际互认的基础性技术指标。然而，在IEC60076-19-1发布之前，国际范围内缺乏针对电力变压器损耗测量不确定度评定的统一方法标准，各实验室和制造企业往往依照通用的测量不确定度表示指南（ISO/IECGuide98-3，即GUM）自行评定，评定方法、覆盖范围和报告形式存在显著差异，测量结果的可比性和互认性受到制约。1.2编制过程概况IEC60076-19-1由IEC第14技术委员会（IEC/TC14：电力变压器）归口管理。该标准的制定工作经历了系统而严谨的流程，从工作草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）到最终国际标准草案（FDIS），历时多年反复讨论与验证。标准制定过程中，来自德国、中国、瑞士、美国、加拿大、日本等主要变压器制造和检测强国的专家深度参与，围绕测量不确定度分量的识别方法、概率分布假设、相关性问题处理、以及损耗测量系统具体特性等技术难题进行了多轮论证。标准最终于2023年5月23日正式发布，成为IEC60076系列标准家族中专门针对损耗测量不确定度评定的首项标准。1.3标准范围与定位IEC60076-19-1:2023适用于电力变压器（包括油浸式和干式变压器）的损耗测量不确定度评定，规定了空载损耗和负载损耗测量中不确定度的测定规则。标准遵循GUM框架，同时充分考虑了变压器损耗测量的工程实际特点，在不确定度来源分析、输入量概率分布假设、灵敏度系数计算及合成不确定度评定等方面给出了针对性的技术指引。该标准与IEC60076系列中的损耗测量标准（IEC60076-8：应用导则）、试验方法标准以及能效标准相互衔接，共同构成完整的变压器损耗测量与评定标准体系。2标准核心技术内容2.1总体框架与术语定义IEC60076-19-1:2023在结构上遵循GUM的基本框架，同时结合变压器损耗测量的具体应用场景进行了细化。标准首先界定了与损耗测量不确定度相关的关键术语和定义，包括标准不确定度、合成标准不确定度、扩展不确定度、包含因子、自由度、测量模型、输入量估计值等核心概念。这些术语定义既与国际通用计量学词汇（VIM）和GUM保持一致，又针对变压器损耗测量的具体场景进行了适用性说明。标准明确规定了损耗测量不确定度评定的基本流程，包括：测量模型的建立、不确定度来源的识别与分类、各分量标准不确定度的量化、灵敏度系数的确定、合成标准不确定度的计算、扩展不确定度的评定以及测量结果的报告。在此基础上，标准针对变压器损耗测量的特殊性和复杂性，给出了具体的操作指引。2.2不确定度来源的系统识别变压器损耗测量不确定度的来源分析是标准的核心内容之一。标准系统梳理了损耗测量过程中可能引入不确定度的主要来源，主要包括以下几个方面：（1）测量仪器仪表的误差。包括电压互感器（PT）、电流互感器（CT）的比差和角差，功率分析仪或功率表的幅值误差和相位误差，以及这些仪器仪表在校准溯源过程中的不确定度。对于变压器损耗测量而言，由于功率因数通常较低（尤其空载损耗测量时功率因数可低至0.1以下），功率测量通道的相位误差对损耗测量结果的影响尤为显著，标准对此给予了重点关注。（2）测量系统的配置与连接方式。包括电压和电流测量回路的接线方式（三瓦特表法或两瓦特表法）、引线电阻和接触电阻的影响、互感器二次侧负载的影响、测量线缆的长度和屏蔽方式等。（3）试验电源的质量。包括试验电源的电压波形畸变率、频率偏差及波动、三相电压对称性等。对于空载损耗测量而言，电压波形畸变会导致铁心中谐波磁通的产生，从而使损耗测量结果偏大。标准要求对试验电源的谐波含量进行评估并在必要时进行修正。（4）测量环境条件。包括环境温度、试品油温等对损耗测量结果的影响。变压器绕组的电阻值随温度变化，负载损耗需要校正到参考温度（通常为75℃或85℃），而温度测量的不确定度会传递到校正后的损耗测量结果中。此外，环境电磁干扰对测量系统的影响也需在评定中予以考虑。（5）测量过程的重复性与再现性。包括测量人员操作差异、仪器读数波动、试验条件微小变化等因素引起的随机效应。标准要求对上述不确定度来源进行逐一识别和量化评定，并给出了具体评定方法和示例。2.3不确定度的量化与合成方法在不确定度来源识别的基础上，标准详细规定了各不确定度分量的量化评定方法。标准遵循GUM框架，将不确定度分量分为A类评定和B类评定两类。A类评定基于对测量数据的统计分析，适用于可通过重复观测获得统计样本的不确定度分量；B类评定基于先验信息（如校准证书、仪器说明书、历史数据、工程经验等），适用于难以通过统计方法评定的不确定度分量。对于B类评定，标准给出了概率分布假设的指导原则：当信息来源于校准证书给出的扩展不确定度时，通常假设为均匀分布或正态分布；当信息仅给出最大允许误差时，一般假设为矩形分布；对于互感器比差和角差等分量，可根据其误差特性选择适当的分布假设。标准特别强调了互感器角差引起的功率测量误差分量的量化方法，给出了从角差不确定度到功率测量不确定度传递的数学关系和计算示例。在合成不确定度的计算中，标准着重讨论了各输入量之间相关性的处理方法。在变压器损耗测量中，某些不确定度来源之间可能存在一定程度的相关性（如同一功率分析仪的不同通道之间可能存在公共的系统误差），忽略相关性可能导致合成不确定度被低估或高估。标准建议在评定过程中通过试验设计（如采用不同通道互换测量的方式）在源头上消除相关性，或在合成时引入协方差进行修正。2.4扩展不确定度与报告要求合成标准不确定度对应约68%的置信水平（假设正态分布），而在工程应用中通常需要更高的置信水平。标准规定采用扩展不确定度表示测量结果的不确定度，扩展不确定度等于合成标准不确定度乘以包含因子*k*。标准建议在变压器损耗测量的常规评定中取包含因子*k*=2（对应约95%的置信水平），在特殊要求下可根据有效自由度查t分布表确定*k*值。标准对测量结果的报告提出了明确要求。损耗测量结果的报告应包含以下核心要素：测量结果的最佳估计值、扩展不确定度及其包含因子（或置信水平）、不确定度分量的构成明细（以表格形式列出各分量及其贡献）、评定所依据的标准或规范、测量条件和数据处理方法的描述等。这一要求确保了不确定度评定结果的透明性和可追溯性，便于第三方验证和比对。标准还提供了多个典型应用场景下的不确定度评定报告模板和实例，包括三相变压器空载损耗测量、单相变压器负载损耗测量和三相变压器负载损耗测量等典型工况，为使用者提供了直观的技术参考。3标准实施主体3.1归口管理机构——IEC/TC14IEC60076-19-1:2023由国际电工委员会电力变压器技术委员会（IEC/TC14）归口管理。IEC/TC14成立于1938年，秘书处目前由德国承担（DKE），是IEC中历史最悠久、最具影响力的技术委员会之一，负责电力变压器、电抗器及相关设备的国际标准化工作。其标准体系覆盖电力变压器从设计、制造、试验到运行维护的全生命周期，包括IEC60076系列电力变压器标准、IEC60076-8损耗测量应用导则、IEC60076-19不确定度测定规则等。在IEC60076-19-1的制定过程中，IEC/TC14通过其下属工作组WG1（损耗测量与不确定度）组织开展了系统的国际协调工作。来自全球主要变压器制造企业、独立检测实验室、电网公司、科研机构和高校的专家共同参与了本标准的起草和审查。标准制定过程中，工作组围绕损耗测量不确定度分量的识别框架、互感器误差的传递模型、低功率因数下的功率测量不确定度等核心技术问题开展了广泛的实验室间比对和验证试验，为标准技术内容的科学性和可操作性提供了坚实的试验数据支撑。IEC/TC14在标准制定过程中严格遵循ISO/IEC导则所规定的程序，确保标准制定过程的公开透明、协商一致和广泛代表性。各成员国（国家委员会）通过正式的投票程序参与标准的各阶段审查，所有实质性技术意见均在CD和DIS阶段得到充分讨论和处理，最终以协商一致的方式通过标准发布。3.2标准的重要参与起草单位在IEC60076-19-1:2023的制定过程中，来自多个国家的技术机构作出了重要贡献。作为标准的主要参与起草单位之一，德国VDE测试认证研究院（VDEPrüf-undZertifizierungsinstitut）的作用值得特别关注。德国VDE测试认证研究院隶属于德国电气工程师协会（VDE），是国际知名的电气产品测试、认证和标准化机构。该研究院拥有世界领先的大容量变压器检测实验室，长期承担变压器损耗测量的型式试验和性能验证工作，积累了丰富的损耗测量不确定度评定实践经验。在此次标准制定过程中，VDE的专家团队牵头组织了多项关键不确定度分量的实验室间比对试验，为标准的制定提供了关键的实验数据支撑。VDE团队在该标准制定中的主要贡献包括：一是提出了基于蒙特卡洛模拟方法的损耗测量不确定度评定验证方案，有效验证了解析计算方法的准确性；二是主导完成了互感器角差不确定度在低功率因数条件下对损耗测量结果影响的专题研究，该研究成果直接转化为标准中关于角差不确定度传播的指导性内容；三是推动了标准中关于测量系统配置对不确定度影响的系统分析框架的建立，使标准对不同试验接线方案（如三瓦特表法、互感器与功率分析仪的组合方式等）的适用性更为明确。此外，中国作为IEC/TC14的重要成员，在制定过程中发挥了积极作用。中国专家结合超高压、特高压大型电力变压器损耗测量的工程实际经验，提出了针对高电压、大电流工况下测量系统不确定度评估的补充建议，相关意见在标准的正文和附录中得到了合理体现。中国电力科学研究院有限公司、武汉高压电器研究院有限责任公司等技术机构参与了相关验证试验和技术讨论。4标准应用与行业影响4.1对变压器制造企业的适用意义IEC60076-19-1:2023为变压器制造企业提供了统一、规范的损耗测量不确定度评定方法，对企业具有多方面的参考价值。在型式试验和出厂试验中，企业可根据该标准系统评定损耗测量结果的扩展不确定度，并在试验报告中提供完整的不确定度信息，提高测量数据的可信度和公信力。在能效等级判定方面，企业可依据不确定度评定结果合理评估产品损耗测量值与标准限值之间的关系，为产品能效水平的确证提供可靠依据。在质量控制与工艺改进方面，通过不确定度分量的系统分析，企业可以识别损耗测量过程中的主导不确定度来源，有针对性地优化测量系统和试验方法。4.2对检测认证机构的具体指导作用对于第三方检测实验室和认证机构而言，IEC60076-19-1:2023是损耗测量结果不确定度评定的直接依据。标准为实验室在CNAS（中国合格评定国家认可委员会）等认可体系下的测量不确定度评定提供了方法学支撑，有助于实验室建立规范的测量不确定度评定程序。接受该标准有助于提升实验室间测量结果的可比性，便利检测数据的国际互认，促进变压器产品的国际贸易。校准实验室可依据标准中的相关条款，为电力变压器损耗测量系统的各组成单元（互感器、功率分析仪等）提供更有针对性的校准服务。4.3对电网公司与电力用户的参考价值对电网公司而言，变压器损耗测量不确定度的量化评定是科学制定变压器能效采购标准和运行能效评估方案的基础性技术工具。电网公司可在变压器招标采购中引入损耗测量不确定度指标，通过量化评估投标设备损耗测量数据的可靠性，实现对变压器能效的更精准把控。在变压器运行评估和退役更换决策中，检修和技改部门也可借助损耗测量不确定性分析，更准确地判断在运变压器的实际损耗水平，为电网节能减排和资产精益化管理提供更可靠的数据支撑。此外，标准为电网公司开展变压器损耗现场测量与实验室测量结果的一致性比对提供了方法论基础。5结论与展望5.1标准价值总结IEC60076-19-1:2023的正式发布是电力变压器国际标准化领域的一项重要成果。该标准首次在IEC60076系列框架内为损耗测量不确定度的系统化评定提供了统一、规范的技术规则，填补了该领域的标准空白。标准的发布实施具有多重积极意义：一是提升了损耗测量结果的可靠性和国际可比性，为变压器能效评定的科学性和公正性提供了计量学保障；二是促进了国际贸易中变压器产品的能效验证互认，降低了技术性贸易壁垒的影响；三是推动了变压器制造和检测行业测量保证水平的整体提升，为高效节能变压器的技术发展和推广应用提供了有力的标准化支撑。5.2未来发展趋势随着变压器技术的持续进步和能效要求的不断提高，损耗测量不确定度评定标准也将不断演进。展望未来，该标准可能在以下方向进一步发展：一是在国家层面，该标准可能被转化为国家标准或行业标准，以促进我国变压器行业测量保证水平的整体提升；二是在应用层面，标准可能进一步扩展至变压器能效测量、非正弦供电条件下的损耗测量等场景，形成更全面的损耗测量不确定度标准体系；三是在方法层面，随着数字化测量技术的广泛应用，数字化测量链（数字互感器、数字功率分析仪等）带来的不确定度评定新问题可能纳入标准修订的考虑范围；四是在技术层面，随着高效节能变压器的推广和损耗水平的不断降低，相对不确定度的控制要求将更为严格，标准可能需要提供针对低损耗变压器的专门评定指导。参考文献[1]IEC60076-19-1:2023,Powertransformers–Part19-1:Rulesforthedeterminationofuncertaintiesinthemeasurementofthelossesofpowertransformers,In