600 kV高压测试系统的现场校准方法实现与评估：一种突破300 kV限制的创新方案

《Chinese Journal of Electrical Engineering》：Implementation and Evaluation of an On-Site Calibration Method for High-Voltage Testing Systems up to 600 kV

本刊推荐：为解决300 kV以上高压测试设备无法现场校准的难题，Ahmed S. Haiba研究员团队开展了针对600 kV高压测试系统的现场校准方法研究。通过采用300 kV标准分压器和泄漏电流测量技术，引入阻抗比例因子将校准范围扩展至600 kV。结果表明，所有校准点线性误差≤1%，扩展不确定度≤1.2%，归一化误差En验证结果满意。该研究建立了600 kV高压设备的现场校准服务体系，突破了国家计量机构原有300 kV的校准极限。

　　

在电力电缆、变压器和高压绝缘子等关键设备的检测领域，高压测试系统如同"电力医生"般不可或缺。这些系统需要对设备进行介损测量、局部放电、冲击电压测试等多种电气试验，而测试结果的准确性直接关系到电网安全。然而随着技术进步，高压测试设备的电压范围已突破600 kV大关，甚至达到750 kV以上，这给计量校准工作带来了巨大挑战。

目前各国国家计量机构（National Metrological Institutes, NMIs）通常只能对100-300 kV范围的高压设备进行实验室校准。以埃及国家标准研究所（National Institute of Standards, NIS）为例，其校准能力上限为300 kV。但现实需求却已远超这个范围——比如埃及电缆生产厂使用的测试设备电压高达600 kV。这些"庞然大物"难以搬运至实验室，而现场校准又缺乏同等量程的便携式标准设备，形成了"有设备无法校准"的尴尬局面。

为解决这一难题，埃及国家标准研究所高压计量实验室的Ahmed S. Haiba研究员开展了一项创新研究，成果发表在《Chinese Journal of Electrical Engineering》。研究团队开发了一种基于300 kV标准分压器的现场校准方法，通过引入阻抗比例因子技术，成功将校准范围扩展至600 kV。这种方法不仅解决了高压设备"校准难"的问题，更为高压计量领域开辟了新途径。

研究采用的关键技术方法包括：使用300 kV标准分压器（精度0.5%）与数字万用表构成标准测量系统；通过测量泄漏电流计算分压器阻抗值作为比例因子；按照IEC 60060-2标准在（23±2）℃温度、（50±10）%湿度条件下进行实验；采用归一化误差（E_n）工具进行方法验证；基于测量不确定度表示指南（GUM）进行不确定度评估。

2 实验设置

2.1 校准对象

研究对象为600 kV交流电压测试系统中的测量系统，精度为3%。该系统包含HIGHVOLT公司生产的WCF 1.67/600型分压器（由两个300 kV高压电容组成）、MC 3400-4型低压测量分支、50Ω同轴测量电缆、MU18峰值电压表和BG9操作设备。校准过程中使用两台300 kV单元组成的步进变压器作为高压源。

2.2 参考标准

标准设备包括300 kV交流/直流高压分压器（分压比10000:1，精度0.5%）、GDC-300 kV电压显示表和FLUKE 8808A数字万用表。标准系统的扩展不确定度为0.55%。

3 结果与讨论

3.1 标准测量范围内的校准

在100-300 kV范围内选取5个校准点进行测量，结果显示测量误差（ME）最大为1.001%，未超过3%的精度要求。通过公式"分压器阻抗（MΩ）=标准电压值（kV）/标准电流值（mA）"计算得到平均阻抗值为5.7221 MΩ，作为比例因子。线性误差全部小于1%，证明阻抗稳定性满足扩展要求。

3.2 比例因子校准方法在标准测量范围之上的应用

在300-600 kV范围内，通过测量泄漏电流并乘以比例因子5.7221，计算得到标准电压值。在400 kV、500 kV和600 kV三个校准点的测量误差分别为0.783%、0.822%和0.860%，均满足精度要求。

3.3 不确定度评估

按照GUM指南进行不确定度评估，300 kV以下范围的扩展不确定度为0.80%-0.86%，300 kV以上范围考虑比例因子不确定度后为1.2%。主要不确定度来源包括标准器校准证书、重复性、分辨率和短期稳定性等。

4 结果验证

通过与HIGHVOLT校准实验室证书数据的对比验证，使用归一化误差（E_n）工具进行评估。计算公式为E_n=|X₁-X₂|/√(U₁²+U₂²)，其中X₁、X₂分别为本研究和高标实验室的标准值，U₁、U₂为扩展不确定度。三个高压点的E_n值分别为0.474、0.318和0.250，均小于1的满意阈值。

本研究成功建立了600 kV高压测试系统的现场校准方法，突破了传统300 kV的校准限制。通过阻抗比例因子技术，在保证线性误差小于1%的前提下，将校准范围扩展了一倍。不确定度评估和归一化误差验证证明了方法的可靠性。这项研究不仅解决了高压设备现场校准的技术难题，也为计量机构拓展服务范围、提高经济效益提供了可行方案。未来研究将关注方法的长期稳定性，并与其他分析技术进行对比以完善该方法。