高电压试验及测量技术国际国内标准最新动态-中试控股

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高电压试验及测量技术国际国内标准最新动态

时间：2012-12-03

0 概述
        高电压试验技术及测量是高压输变电设备绝缘试验的依据。随着科技的发展，试验技术及测量技术也得到了快速发展。国际电工委员会IEC 42技术委员会近几年开始了新一轮标准制修订的高峰期，包括：
        IEC60060-1：高电压试验技术第一部分一般定义和试验要求；
        IEC60060-2：高电压试验技术第二部分测量系统；
        IEC60060-3：高电压试验技术第三部分现场试验的定义和要求；
        IEC61083-1：高电压冲击试验用数字记录仪第一部分：对仪器的要求；
        IEC61083-2：高电压冲击试验用数字记录仪第二部分：对软件的要求；
        IEC62475：大电流试验技术：试验电流和测量系统的定义和要求；
        IEC60270：局部放电测量。
        这些标准的制修订必将导致我国GB相应标准的制修订。本文仅就高电压、大电流试验技术和测量技术的最新动态做一阐述。
        1 高电压试验技术标准最新动态
        行版本IEC60060-1高电压试验技术——第一部分：一般试验要求与GB/T16927.1均已有10多年了，期间电力设备取得了快速发展，特别是我国，随着近几年800kV和1100kV设备的研制和使用，试验电压已达工频1200kV，雷击冲击2400kV，操作冲击1950kV。对如此高的试验电压，尤其是雷电冲击，原标准中的有些规定已经不适应了，从技术上说本次修订，主要涉及雷电冲击波形参数和过冲允许值的规定和计算方法、大气修正的重复计算。
        1.1重新定义 “叠加过冲或振荡的雷电冲击参数”并新增计算方法
        GB/T16927.1-1997中对于雷电冲击波峰附近存在振荡时（过冲）试验电压的确定在500kHz时作为边界，对频率小于500kHz的过冲幅值直接计入试验电压，而对频率大于500kHz的应作平均曲线，以平均曲线的幅值作为试验电压。这样，会导致测量一致性的两类问题：
        1）当振荡频率在500kHz附近时，由于频率测量的偏差，可造成记录曲线最大值与平均曲线最大值的突变，导致高达10%的不确定度；
        2）平均曲线的随意性有很大的不确定度。
        从1997至1999年由欧洲共同体资助的在5个研究院开展了一项调查，研究叠加在双指数雷电波上的不同频率和幅值的振荡对于5类绝缘击穿强度的影响，主要结论很清楚。叠加振荡的影响取决于频率，过冲幅值频率对绝缘强度的关系是一种渐变而不是急剧的突变过程。
        本次修订，将过冲幅值频率与绝缘强度的渐变关系，引入本标准改变以往500kHz作为边界的突变关系，定义明确的基准曲线（双指数波），可以获得很低的测量不确定度。为此专门增加了相关内容：
        1）叠加过冲或振荡的标准雷电冲击参数计算；
        2）求取试验电压因数的数字滤波器的举例。
        1.2关于雷电冲击过冲允许值
        GB/T16927.1-1997中对雷电冲击波峰处存在振荡时过冲的限制是不能超过试验电压幅值的5%。这对冲击试验电压小于1800kV，一般的试验回路可以满足。根据国内800kV（高海拔）和1100kV设备雷电冲击试验的结果来看，对超过1800kV的雷电冲击试验，由于回路很大，不可能达到。因此，标准中对雷电冲击过冲限值提高到10%，这基本上可以涵盖设备最高电压为550kV设备的雷电冲击试验（试验电压小于2000kV），对于试验电压在2000kV以上的可提高到20%。
        1.3大气修正因数的重复计算
        考虑到处于高海拔（高于海平面1000米）实验室，若用于高海拔设备在这些实验室进行试验时需进行实验室实际大气条件与设备安装地点的大气条件的差异，进行修正时由于实验室本身处于高海拔，空气压力低，修正时要用到U50，而U50本身又与不同地点的大气条件有关，因此，按标准求得的Kt数值可能很小，从而导致Kt的误差很大，需进行重复计算。为此，标准增加了用于从U50计算试验电压的Kt的重复计算程序。
        2 高电压、大电流测量技术国际国内标准的最新动态
        2.1高电压测量系统
        对于使用在高电压实验室的高压测量系统，IEC60060-2引入了许多新的概念，而且和GB16927.2是完全相同的，均明确了追溯这些测量系统的必须的要求和程序。它的应用在认可实验室应是强制性的。
        IEC60060-2详细给出标准和认可测量系统允许的测量总不确定度。         传统的做法是：由静态刻度因数，阶跃响应或幅频特性确定测量系统的误差。新增与修改内容包括：不仅对高电压量值的溯源提出了具体要求，而且提出了溯源的方法，这就是和标准测量系统进行比对测量。即用两个测量系统同时测量同一电压，同时读取两个系统的读数。以此来确定测量系统的刻度因数和时间参数的不确定度。同时考虑短期稳定性、温度效应、邻近效应，另外，由于现有标准测量系统的额定电压一般小于1000kV，因此对大于1000kV的认可测量系统需进行线性度试验，以最终得到测量系统总不确定度。
        2.2电流测量系统
        关于电流测量：IEC原放入60060-1中，这次修订时将大电流试验和测量专门作为一新的标准IEC62475，直流、交流、冲击电流测量全部纳入，其量值的溯源用标准分流器及其测量系统和标准测量系统进行比对，与高电压测量系统比对不同的是，涵盖测量电流的全范围。具体要求是和标准测量系统进行比对测量项目为：线性度、刻度系数、高频电流、干扰、电阻值测量。
        2.3数字记录仪软件要求
        随着测量技术的不断发展，国际上二次转换部分如数字记录仪和测量软件的开发，已有许多测量系统具备此组件，为此IEC61083-2目前结合IEC60060-1的修订进行了修订，已接近CDV阶段。我国此前无相应标准，2008年等同采用IEC61083-2制定了GB/T16896.2高电压冲击试验用数字记录仪——第2部分：软件的要求。
        用于对冲击电压和冲击电流试验中记录的测量数据进行处理的软件。对满足GB/T16927.1和GB/T16927.2所规定的测量不确定度和程序的软件，标准给出了试验波形和规定限值。
        对用于处理冲击试验和校准信号数据的软件，规定评价软件不确定度的试验程序；由试验数据发生器供给测量软件的波形。试验数据发生器（TDG）可产生具有规定参数标准波形的计算机程序，可适用于Windows操作系统，提供实验数据波形进行测量软件校验。
        校验软件是为了评估下面的一组或多组冲击波形参数：Up/Ip电压/电流的峰值；T1波前时间；T2半值时间；TC截断时间；Tp峰值时间；β，T过冲，过冲持续时间；A，f振荡的幅值，频率。对选取的波形中的所有标准波形，校验软件的所有参数进行计算。         3 冲击电压标准测量系统和大容量试验短路电流标准测量系统国际比对
        3.1冲击电压标准测量系统国际比对
        我国西高所和武高所曾先后参加过两次国际比对。规模最大的一次是2002至2003年由芬兰赫尔辛基技术大学国家实验室主持，有22个国家的25个实验室参加，历时三年。用于传递比对的标准测量系统（TRMS）其额定电压为400kV，数字储存示波器为Nicolet pwerpro610，采样频率75MHz，测量系统的扩展不确定度为0.5%，k=2。其中西高所500kV标准测量系统比对结果的总不确定度对于冲击电压峰值最大为0.65%，对于波前时间最大为2.7%，对于半峰值时间最大为1.7%，均满足IEC60060-2中对标准测量系统的要求。
        3.2大容量试验短路电流标准测量系统的国际比对
        为解决大容量试验短路电流（含直流、交流和高频）测量系统量值溯源的难题，西高所于2006年率先参加了国际短路试验联盟（STL）在全球大容量实验室中组织的短路电流测量国际比对技术活动。参与比对分流器是由德国IPH制造的。通过比对，建立了中国第1个大容量试验短路电流标准测量系统，共进行了线性度、刻度系数、高频电流、干扰、电阻值测量5个项目的比对试验。比对电流有效值最高达90kA，最大峰值213kA，比对结果为：西高所短路电流标准测量系统与STL短路电流标准测量系统之间最大偏差为0.3%，完全满足IEC62475的要求。随后的2007年，沈变所和沈阳虎石台试验站也进行了电流测量系统的比对，今年年底，电科院也将进行比对。
        4 建议和展望
        随着高电压试验和测量技术的发展，国际标准有着新的修订内容，我国也尽量保持与国际接轨，增加研究和修订内容。与欧洲、日本、韩国相比，我们的工作在很多方面并不规范，因此建议：
        首先，试验设备和测量系统制造方应当了解标准，在此基础上研发符合标准要求的试验和测量设备。
        第二，对于工厂和研究单位实验室应当建立完善的测量系统性能记录。
        对于认可的标准实验室的标准测量系统的性能记录应包括:
         a）已经进行的校验试验以及它们对国家测量标准的溯源体系；
         b）标准测量系统的刻度因数和动态特性；
         c）标准测量系统的测量总不确定度。
         对于一个新的标准测量系统应首先进行验收试验：
      （1）刻度因素的确定；
      （2）线性度试验；
      （3）短期稳定性试验；
       （4）温度效应；
      （5）邻近效应。
         性能试验的间隔周期应不超过：
         对于完整的测量系统：5年；
         当性能校核以同样的电压波形进行时：5年；
         当性能校核以不同的电压波形进行时：2.5年；
         当没有进行性能校核：1年。
         特别是对测量软件的要求，应当按照标准要求用IEC提供的TDG进行测试。
         为了和国际接轨，国标大部分等同或修改采用IEC，虽然是推荐性的标准，但其中的技术内容应该是强制性的。