JJG1139-2017《计量用低压电流互感器自动化检定系统检定规程》解读

为了加强对电能计量器具采购、检验、安装和运维的全寿命周期管理, 保障电能计量和贸易的准确、公正, 我国电力行业计量生产和运行业务向集约化、自动化、标准化、一体化的方向发展, 在各省 (或直辖市) 均建立了计量中心, 面向全省开展电能表、低压电流互感器的检定任务。

随着计量器具管理模式的变化, 各省级计量中心的检定任务剧增, 年均计量器具的检定量达数百万只, 原有的检定设备和流程无法满足要求。为此, 国家电网公司提出了单相电能表、三相电能表及低压电流互感器的自动化流水线检定方案。

为了实现低压电流互感器的自动化检定, 国家电网公司2010年发布了企业标准Q/GDW 572《计量用低压电流互感器技术规范》和Q/GDW 573《计量用低压电流互感器自动化检定系统技术规范》。Q/GDW 572对低压电流互感器的技术参数、外观结构、形状、尺寸进行了规范, 解决了开展互感器自动化检定的基本问题。Q/GDW 573提出了互感器自动化检定系统的功能、结构、流程和技术要求, 有效地指导和规范了各地检定流水线的规划、设计、制造。

计量用低压电流互感器自动化检定系统的组成结构如图1所示, 其集成了管理平台、自动传输设施和全自动互感器检定装置, 能够依据生产调度平台下达的检定计划, 完成自动传输、互感器自动化检定、数据处理和全程监控, 其一般由预处理、上料、输送、识别定位、绝缘电阻测量、工频耐压试验、二次绕组匝间绝缘强度试验、基本误差测量、磁饱和裕度测量、分选贴标、下料、后处理等单元组成。

通过自动化检定系统, 能够消除人为和地域因素引起的检定质量差异, 有效提高计量检定的工作质量和工作效率。但是其全程无人工干预、多设备高度集成、大规模集中检定、长时间连续运行的特点, 也暴露出了技术、管理等方面的风险隐患, 使计量技术监督工作有了新的挑战。一旦自动化检定系统自身可靠性不好, 运行状态失控, 出现误检或错检情况, 将造成大量计量器具的检定结果失真。如果这一情况没有被及时发现, 这些计量器具的使用将形成大范围电能计量结果的失控, 严重影响电能贸易的公平、公正。

图1 检定系统组成结构示意图

由于目前国内外还没有相关的计量技术法规对自动化检定系统进行约束, 因此我们编制了《计量用低压电流互感器自动化检定系统检定规程》, 科学、合理、规范地统一低压电流互感器自动化检定系统的计量性能要求及相应的校验方法。该检定规程于2017年2月28日发布, 2017年5月28日实施。

JJG1139-2017适用于计量用低压电流互感器自动化检定系统的首次检定、后续检定和使用中检查。计量用低压电流互感器自动化检定系统集成管理平台、自动传输设施和全自动互感器检定装置的智能化检定系统, 能够完成互感器自动传输、自动检定、数据处理和全程监控。

自动化检定系统结构复杂、功能丰富, 涵盖了电子、机械、自动化、软件、计量等多个专业领域的关键技术, 作为检定规程, 它主要针对与自动化检定系统的量值溯源有密切关系的计量标准、测量仪器、功能单元和整体性能, 提出了检定项目和方法。而自动化检定系统检测和验收, 应根据其制造标准或订货条件来制定更全面的验收方案, 本标准不能作为验收标准。

低压电流互感器自动化检定线具备基本误差测量、绝缘电阻测量、工频耐压试验、二次绕组匝间绝缘强度试验、磁饱和裕度测量等功能, 其结构复杂, 包含的测量仪器和标准装置较多, 低压电流互感器自动化检定线中所使用的测量仪器和标准装置, 比如互感器校验仪、标准电流互感器、互感器负荷箱、绝缘电阻测试仪、交流耐压测试仪等, 必须按照相应的检定规程或校准规范的规定, 定期、定点送检, 确保所有设备的量值准确可靠。

自动化检定线安装在网、省或地区的电能计量中心实验室, 因此必须在满足实验室条件下使用。另外还要根据电流互感器检定的环境要求、检定用标准装置的环境要求以及检定线的电气控制和机械设备的环境要求。Q/GWD 11572“计量用低压电流互感器”规定的环境条件至少是P级 (-25℃~40℃) , 而JJG1021-2007《电力互感器检定规程》规定的检定环境条件是-25℃~55℃。从技术角度来说, 标准电流互感器在以上温度范围都可以保证准确度。互感器校验仪虽然受温度影响, 但检定规程要求的测量误差是10%, 对于准确度为2%的校验仪来说, 即使没有温度补偿, 实际误差达到5%也是没有问题的, 5%的要求已经考虑到提高一个检定等级。电流负荷箱按3%的基本误差, 加上±15℃的温度附加误差3%, 也可以达到6%的误差要求。因此, 检定用标准装置在5℃~40℃的环境下可以满足JJG1021-2007的检定条件。

海拔高度对检定的影响表现在绝缘试验方面, 海拔高度对低压电流互感器绝缘试验的影响几乎不能被发现, 但对于气动装置会有一些影响, 因此特别提出海拔高度的使用要求。提出4000m的标准是考虑高原地区 (如拉萨市) 的海拔高度。

自动化检定线是精密设备, 有理由要求实验室提供高品质的电源, 但这会增加实验室建设的成本, 也限制了自动化检定线的使用条件。因此, 标准要求检定线能使用普通的低压动力电源, 具体就是380V三相四线电源, 电源电压允许在-15%~10%之间波动, 频率为 (50±0.5) Hz, 供电电压谐波含量不超过5%。

JJG1139-2017对检定系统的准确度等级和最大允许误差给出了明确的要求, 整体准确度为0.05S级, 其使用的标准器和测量仪器应满足表1的要求。

表1 准确度或最大允许误差要求

自动化检定系统计量特性根据Q/GDW 11573的技术指标要求来制定, 除了绝缘电阻测量、耐压试验、误差测量所用的标准设备和仪器仪表外, 本标准增加了对检定系统的重复性和一致性, 作为检定系统的整体技术要求。

(1) 测量重复性

自动化检定系统进行误差测量时采用机械装置进行互感器的一次和二次接线。所用机械装置的定位准确度和压接牢固程度会影响误差测量结果。通过对自动化检定系统的重复性测试, 可以有效判断其拆接线装置是否能够满足长期工作需要。本标准规定各工位的测量重复性应不超过JJG1021-2007中0.2S级电流互感器误差限值的1/10。因为重复性是测量结果不确定度的主要分量之一, 若重复性超过这一限值, 测量不确定度则很可能超过JJG1021-2007中相应等级互感器误差限值的1/3, 会导致检定系统不满足检定该等级互感器的需要。

(2) 多工位一致性

自动化检定系统有多个工位, 各工位的定位、拆接线、引线等均不相同, 因此对同一互感器的测量结果会有差异。本标准规定不同工位的多次测量结果之间, 其最大值与最小值的差值应不超过JJG1021-2007中0.2S级电流互感器误差限值的1/5。自动化检定系统的准确度等级为0.05级, 其不确定度应小于自身误差限值的1/3。考虑到不同工位所用的标准器、测量仪器均相同, 各工位的不确定度具有相关性, 所以本标准采用JJG1021-2007中0.2S级电流互感器误差限值的1/5作为多工位测量结果一致性的限值。

由于计量用低压电流互感器自动化检定系统在检定中, 需要用到的标准设备主要有电流比例标准、误差测量装置、电流互感器负荷箱, 以上3个均应符合JJG313-2010《测量用电流互感器检定规程》的要求;互感器校验仪整体检定装置应满足JJG169-2010《互感器校验仪检定规程》的要求;负荷箱测试仪应满足JJF1264-2010《互感器负荷箱校准规范》的要求;兆欧表检定装置应满足JJG1005-2005《电子式绝缘电阻表检定规程》的要求;耐电压测试仪检定装置应满足JJG795-2016《耐电压测试仪检定规程》的要求。

交流峰值高压表是用于检定电流互感器二次开路电压的测试仪, 因为没有专门电流互感器二次开路电压校准规范, 二次开路电压测试仪的实质是交流峰值电压表, 可以参照JJG588-1996《冲击峰值电压表检定规程》和JJF (机械) 042-2008《工频峰值电压表校准规范》开展校准工作, 详细的试验过程参照本检定规程的附录A。

计量用低压电流互感器自动化检定系统的主要检定项目有外观检查、绝缘试验、单元误差测量、二次回路实际负荷、重复性、一致性、系统误差测量、误检率、错检率。其中根据检定类型的不同, 检定项目可以有所不同。如首次检定和后续检定是所有项目都需要完成的, 而使用中的检查只需要完成外观检查、重复性、一致性和系统误差测试。对于所有的检定项目, 规程中都给出了详细的检定方法。

本标准主要针对自动化检定系统的计量准确性, 对绝缘电阻测量单元、工频耐压试验单元、二次绕组匝间绝缘强度试验单元、基本误差测量单元提出校准项目和校准方法, 而其他单元, 如上料、输送、识别定位、分选贴标、下料等, 本标准规定仅进行功能性要求, 没有严格规定的试验条件和方法。

当多台电流互感器同时进行二次绕组匝间绝缘耐压试验时, 一次电流回路需要有比较大的电压输出, 在设计升流电源时应予以注意。例如LMZ4型电流互感器铁芯截面积可能达到8cm, 铁芯饱和时, 每匝感应电势约0.3V, 12只铁芯串联后在一次导体上感应电势为3.6V。如果一次电流为1500A, 则升流器的输出为5.4k VA, 考虑到裕度, 升流器应配备7.5k VA以上的容量。如果串联数超过12台, 则需要考虑更大的电源或者改用分批试验的方式。

自动化检定系统中, 标准互感器的校准周期为2年, 其余测量设备周期一般为1年。从整体角度考虑, 建议自动化检定系统整体的校准周期为2年。

计量用低压电流互感器自动化检定系统的应用非常广泛, 特别是在电力行业和各级计量测试部门, 国家计量检定规程JJF1139-2017属于新制定的, 已于2017年5月实施。该检定规程的实施, 可以使计量用低压电流互感器自动化检定系统的检定更加完善、科学、合理, 并使全国这类检定系统的检定方法统一, 保证更加规范有效地进行量值溯源。

在标准的实施过程中, 可能存在一些不足, 希望涉及计量用低压电流互感器自动化检定系统的相关单位在实施应用中总结经验, 提出宝贵意见, 我们将针对这些问题进行研究和试验, 以便进一步完善规程, 不断推进技术进步。