1200kV雷电冲击电压标准测量系统的意义

作者： 国自电气 时间：2024-08-05 09:25:34 阅读：92

    目前,冲击电压测量系统溯源所需的国家计量标准系统额定电压只有700kV,无法满足3500kV及以上的特高压电器的溯源需求。对研制的1200kV电阻分压器进行结构分析,开对建立的1200KV冲击电压测重系统进行性能测试及改进,在700kV电压范围内与已有的700kV冲击电压国家标准测量系统进行比对校准,在700kV至1200kV电压范围进行线性度实验。对1200kV标准冲击电压测量系统进行了不确定度评定,评定结果表明研制的1200 kV雷电冲击电压标准测量系统的试验电压,波前时间、半峰值时间的测量误差均在国际标准IEC60060及国家标准CB/T 16927允许范围内,将我国的冲击电压国家标准测量系统额定电压等级提高至1200 kV。

关键词:冲击电压发生器:特高压电器:不确定度评定;计量标准:雷电冲击:比对校准

1引言

    冲击高电压试验技术在电力设备性能检测,航空飞行器、航天系统等领域应用广泛。冲击高电压的量值与被试设备的安全性、可靠性和设计的经济性密切相关,需要准确计量溯源。随着国内高压技术的发展,一些特高压试验的冲击电压发生器和测量系统的额定电压已经高达7200kV,为其校准所要求的校准系统额定电压达到1000kV 以上。

    冲击分压器是冲击电压测量系统的主体,将雷电冲击转换成可供测量的低压信号。冲击分压器主要包括电阻分压器、电容分压器、阻容分压器。电阻分压器采用温度系数小且电阻率高的卡玛丝无感绕成,具有响应特性好,温度稳定性、长期稳定性高的优点,非常适合快速脉冲的测量,因此也常用来作为各个国家计量院( national metrology institute , NMI)的标准分压器。然而由于电阻分压器消耗的能量与所加电压的平方值成正比,工作时会发热,因此电压等级过高时,电阻丝容易烧断。其次随着电压等级的提高,电阻分压器的稳定性和动态特性受杂散参数的影响较大,这些因素限制了电阻分压器无法做到如阻容分压器一样高的电压等级。根据国志计量局（ BIPM）关键参数比对数据库( keycomparison database , KCDB)提供的资料,目前多个国家计量院建立了冲击电压标准测量系统并形成了相应的校准与测量能力( calibration and measurementcapability , CMC),但额定电压超过1000kV的只有几家。

    德国联邦物理技术研究院(PTB)建立了额定电压1500 kV,测量不确定度为0.5%的冲击电压CMC;澳大利亚国家计量院(NMIA)建立了额定电压1000 kV,测量不确定度1%的冲击电压CMC。在国内,国家高电压计量站、西安高电压技术研究所建立了500kV冲击电压测量系统,测量不确定度为0.5%。中国计量科学研究院建立了700kV冲击电压国家标准测量系统,并形成相应的CMC,试验电压的CMC达到0.5%。2018年,中国计量科学研究院代表中国参加了国际比对EurameL.EM-S42,结果公布于BIPM KCDB和 Metrologia期刊。然而,当前电网和电力设备的发展,对于更高等级下冲击电压测量系统提出了新的校准需求,亟待建立额定电压超过1000 kV,并达到国际等效互认的冲击电压标准测量系统。

    经相关研究并设计了一套1200kV冲击电压测量系统，并通过实验对测量系统进行验证,得出结论如下:

1)通过方波测试得到系统响应的波形,与标准雷电波形卷积,并通过软件计算得到系统导致的测量误差,结果显示1200kV冲击电压测量系统的试验电压U,、波前时间T半峰值时间T,的比对误差均在合理范围内。与国家标准雷电冲击电压测量系统在700kV内进行比对实验,从比对结果可以得出, 200kV冲击电压测量系统测得的波形整体与标准测量系统采集到的波形较为吻合,示值误差在IEC60060及GB/T16927允许范围内。根据线性度的实验结果可以看出,1200kV冲击电压测量系统测得的试验电压与充电电压的比值误差在国标允许范围内,验证了测量系统的线性度。

2)对1200 kV标准冲击电压测量系统进行了不确定度评定,试验电压、波前时间、半峰值时间的相对扩展不确定度分别为: 1 %2.7%、1.7% ,h =2。