高压测试仪器及设备校准规范 第10部分：六氟化硫密度控制器校验仪（编制说明）.docx

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1、高压测试仪器及设备校准规范第10局部：六氟化硫密度控制器校验仪编制说明国网浙江省电力电力科学研究院2022年4月11日1DL/T 259-2012 六氟化硫气体密 度控制器校验规 程p= (RTB-A) cP+RTd A=73.882X IO 5 -5.132105 X W7J 3=2.50695 X 10-3 212283 X 10 R=56.9502X10-5 式中：压力，X 0.1 MPad密度,kg/m3 温度，K上海乐研等2高压电器原理 和应用清华大 学出版社第十 一章气吹短路器 第1节SF6的主要 性质(p279)p =0.57 X10-4 P T( 1+B)-夕 2AA=0.75

2、 XI O-4 (1-0.727 X 1夕)B=2.51X10-3 p(1.0.846 X10-3P) 式中：p: SF6气体绝对压力，单位：MPa； T. SF6气体热力学温度，单位：K； P ： SF6气体密度，单位：kg/m3； 说明：公式(1)适用于P20.3MPa。西安热工院3Prof. Dr. K. Bier, Uni. Karlsruhe公式威卡通过计算温度范围(-2060) ,绝对压力范围(0.30.8) MPa的以0值进行比拟, 分析不同公式之间的差异，对P20值产生影响的大小，具体数据可见试验验证报告。经过 分析，同是Beattie & Bridgeman方程的方程一和方程

3、二的差异在满量程范围小于0.03%, 差异小于0.1%时，扩展不确定度基本能满足开展1.0级及以下的密度控制器00校准。方 程三和方程一、方程二的差异在某些点(低温段)较大，在0以上基本能满足差异小 于0.1%。考虑到DL/T 259-2012六氟化硫气体密度控制器校验规程在电力行业的使 用已被行业内认可，建议采用其推荐的气体状态方程，放入附录A中，并补充具体的计 算步骤以供参考。2) DL/T2437.1-2021六氟化硫测试仪通用技术条件 第1局部：六氟化硫密度继电 器校验仪为校验仪产品标准，已于2021年12月22日发布，将于2022年6月22日实施。 本标准作为校验仪的校准规范，计量特

4、性要求及校准方法与DL/T 2437.1协调一致。高压测试仪器及设备校准规范第10局部：六氟化硫密度控制器校验仪编制工作组2022年4月电力行业标准高压测试仪器及设备校准规范第10局部：六氟化硫密度控制器校验仪编制说明一、工作简要过程电力行业标准高压测试仪器及设备校准规范第10局部：六氟化硫密度控制器校 验仪（以下简称“本标准”）是根据国家能源局关于下达2021年能源领域行业标准制修 订计划及外文版翻译计划的通知（国能综通科技（202192号）获批立项，由全国高 电压试验技术和绝缘配合标准化技术委员会高电压试验技术标准化分技术委员会归口 管理，国网浙江省电力电力科学研究院牵头编制。2021年9

5、月30日获批立项。牵头单位随即开展收集资料和启动准备相关工作。2021年11月18日召开启开工作会议，编制工作由西安热工研究院孟玉婵 进行技术指导。启动会成立了标准编制工作组，对标准草案进行了讨论，对标准编写工 作内容、要求、进程等进行讨论和分工，标准编制工作组由国网浙江省电力电 力科学研究院、西安热工研究院、安徽省计量科学研究院、广东电网有限责任 公司电力科学研究院、华电电力科学研究院山东分院、国网上海市电力公司电 力科学研究院、浙江省计量科学研究院、国网陕西省电力公司电力科学研究院厦门加华 电力科技共9家单位组成。2021年11月2022年1月，编制工作组根据启动会讨论情况，分工对校验仪产

6、品 及校验仪校准情况开展调研，并开展试验验证工作，对标准初稿进行修改，于2022年2 月完成征求意见稿材料。2022年3月24日，本标准征求意见稿审查会议以视频会议形式召开。会上，征求 意见稿审查通过。二、编写原那么和主要内容本标准按照GB/T 1.1-2020标准化工作导那么 第1局部：标准化文件的结构和起草规 那么的规定起草。主要内容有范围、规范性引用文件、术语和定义、概述、计量特性、 校准条件、校准工程和校准方法、校准结果表达和复校时间间隔。三、主要试验验证情况及预期到达的效果主要试验工程：1、温度测量误差对P20的影响试验；2、设定点校验控压速率对设定点校验的影响试验；3、气体公式验证

7、；4、不确定度分析（对1级被校密度控制器）；5、校验仪校准工程验证试验。具体试验情况详见试验验证报告o四、采用国际标准和国外先进标准情况，与国际、国外同类标准水平的对比情况本标准未采用国际标准和国外标准。五、与现行法律、法规、政策及相关标准的协调性本标准与现行法律、法规、政策及相关标准协调一致。六、重大分歧意见的处理经过和依据本标准无重大分歧意见。七、贯彻标准的要求和措施建议六氟化硫密度控制器校验仪是开展六氟化硫密度控制器校验的专用仪器。为满足密 度控制器校验需求，校验仪的压力测量及控制性能、温度测量性能、压力换算受温度的 影响量等均应满足一定的计量特性要求，需要定期进行溯源，从而保证量值可靠

8、。该校 准规范公布后应及时组织相关人员对本标准贯彻学习，开展经验交流，规范统一校验仪 的校准。八、废止现行有关标准的建议无。九、重要内容的解释1、标准条款的说明第1章范围校验仪测量范围应大于被检SF6密度控制器的测量范围，由表1可见，根据GB/T 220652008压力式六氟化硫气体密度控制器条和JB/T105492006SF6气体 密度控制器和密度表通用技术条件6.5条，JJG1073-2011压力式六氟化硫气体密度控 制器第1章的要求，通常SF6气体密度控制器的测量范围在G0.10.9)MPa,因此校验 仪的压力测量范围应包含G0.10.9)MPa。近几年，随着环网柜、特高压直流场设备上

9、安装的小量程压力式六氟化硫密度控制器数量的增加，为满足测量不确定度的需求，也 出现了测量范围(0-0.2) MPa的校验仪。但是目前市场上生产和应用的密度控制器和校 验仪测量范围均小于G0.10.9)MPa,通常校验仪生产厂家标注的测量范围也不大于(0 l)MPa,考虑今后有可能出现不同测量范围的校验仪，而对不同测量范围的密度控制器 选择校验仪的要求是标准器的允许误差绝对值不大于被检密度控制器允许误差绝对值 的1/3,不会因为测量范围导致标准器选择不当，而不明确测量范围更有利于标准的适用 性，因此在本标准第1章没有明确校验仪的压力测量范围。表1六氟化硫密度控制器的测量范围技术标准编号密度控制器

10、的测量范围GB/T 220652008(-0.10.5)MPa, (-0.10.9)MPaJB/T 105492006(-0.1 0.9)MPaJJG 10732011(-0.1 0.9)MPa此外，现场使用的校验仪脱离实验室标准环境，压力测量本身受环境温度影响，作 为校验仪量传的标准值20是利用压力和温度共同计算的结果，因此本标准聚焦于现场用 校验仪，除了规定对校验仪压力测量、压力控制的校准外，对温度测量误差、P20温度影 响量也提出了校准要求，从而确保校验仪P20计算的准确可靠。实验室标准环境下使用的 校验仪受温度影响小，可参考本标准有选择地选择校准工程。第5章计量特性校验仪按压力产生（控

11、制）方式分为手动和自动两种，目前自动加压是主流产品。 由于校验仪对SF6密度控制器开展示值和设定点动作值校验，对动作值的校验要求校验 仪的控压速率满足一定要求，因此，本标准对自动加压方式的校验仪的控制性能提出计 量要求。校验仪是一种带有特殊功能的数字压力仪表，参照GB/T 36411-2018智能压力仪 表通用技术条件、JB/T 7392-2006数字压力表、JJG 1107-2015自动标准压力发生 器及被测SF6密度控制器开展校准的需要（表2和表3）,确定计量特性。表2校验仪相关技术标准的测量性能要求测量性能技术标准编号GB/T 364112018JB/T 7392-2006JJG 110

12、7-2015基本误差VJ （示值误差）回差VVV重复性VV示值波动VV零位漂移VVV长期漂移（30天）稳定性（48小时）V周期稳定性（1年）V表3 SF6密度控制器校准或试验工程工程技术标准编号GB/T 220652008JB/T 105492006DL/T 259-2012JJG 1073-2011基本误差VV （示值误差）回差VVV指针偏转的平稳性VVV轻敲位移VVVV设定点偏差VVV切换差VVV温度补偿VVV零位误差V额定压力值误差VV校验仪从压力测量功能划分属于数字压力表，数字压力表的稳定性相对较差，相关 标准均对其短期稳定性和长期稳定性等提出要求，本标准也对稳定性相关的工程（零位 漂

13、移、回程误差）提出计量要求。此外，校验仪开展工作时，需要将不同环境温度下的 实测压力PT换算至20对应的SF6气体压力P20, PT测量与P20计算受环境温度及温度测量 结果影响，因此对校验仪的温度测量准确度及温度对20影响应有一定要求。结合表2和 表3相关标准的工程要求，本标准确定校验仪测量方面计量特性：压力示值误差、零位 漂移、回程误差、温度示值误差和P20温度影响量。压力示值误差要求按校验仪的准确度等级划分，目前SF6密度控制器准确度等级通 常为1级、1.6级和2.5级，与之匹配的，以校验密度控制器为主要目的的校验仪准确度等 级主要为0.2级，少量为0.25级，高等级可达0.1级。这类校

14、验仪一般为现场校验设计，实 验室也可以使用。有检测机构为了方便开展校验仪产品的日常检测工作，定制了更高等 级（0.05级）的校验仪，0.05级的校验仪价格贵重且存量比拟稀少，主要用来实验室内 校验常规准确度等级校验仪产品，不用于现场开展密度控制器校验。相应现场用校验仪 的准确度等级通常为0.1级、0.2级,也有0.25级。考虑到实际生产的需求，本标准校验仪 准确度等级包含0.1级和0.2级，按数字压力仪表对压力最大允许误差的要求，最大允许 误差根据准确度等级按量程百分比计算。零位漂移是检查校验仪短期稳定性的指标，参照表2中相关标准，规定在1小时内零 位漂移不大于示值最大允许误差绝对值的1/2。

15、回程误差参照表2中相关标准规定不大于 示值最大允许误差绝对值。温度示值误差反映校验仪温度测量准确度，校验仪的P20由实测压力pt和温度T通过 软件计算得到。根据SF6气体状态方程（贝蒂-布里奇曼经验公式）估算，温度对不同密 度SF6气体压力的影响如表4所示。可见，20C时不同密度的气体在温度变化时，压力的 变化率是不同的，温度对压力的影响大约为0.00150.0039MPa/。20在0.4MPa 0.9MPa时）。表4温度对不同密度SF6气体压力的影响20绝对压力（MPa）密度(kg/nP)dP/dt (%/)0.4240.150.530.50.190.6370.240.7440.290.85

16、10.340.958.50.40注：第3列是量程的百分数，量程按IMPa。JJG 1073-2011压力式六氟化硫气体密度控制器规定标准器基本误差的绝对 值不大于被检密度控制器最大允许误差绝对值的1/4,分析得出温度示值误差在不大于土 0.5时对p2o影响在可接受范围内。该误差要求包含温度传感器及显示局部，且仅对校 验仪具有配套的专用温度传感器（如铝电阻温度计）时此工程才开展，对完全外置（如 红外温度计，玻璃棒温度计等）且温度值需手动输入校验仪的的温度测量仪表，此工程 仅作为指标要求，方法不适用，允许使用经（其他机构）检定/校准确认的计量性能满足 要求的温度计。开展试验发现校验仪采用内置的温度

17、测量方式不能确保温度测量的准确性，即不能 对温度测量的准确性进行溯源，也不能保证其测量方法的有效性，经与生产厂家沟通了 解，内置方式的温度传感器目前已很少使用，因此，内置方式的温度测量未写入标准。SF6密度控制器的P20误差是其最关键的技术指标，因此校验仪P20示值的误差也是校 验仪最重要的指标。密度控制器的P2O示值通过物理补偿获取，GB/T 220652008压力 式六氟化硫气体密度控制器条款6.11按照等容试验法对密度控制器进行温度补偿试验。 校验仪20示值由压力和温度测量结果pt和T,经过公式计算得到，因此020示值误差由压 力P7、温度行口换算公式引入。编制组初期也试图对校验仪采用等

18、容试验法，但试验数 据与实际值相差非常大，说明此方法对校验仪不合适。经分析及试验，考察校验仪在偏 离20时压力测量及P20计算情况可以反映校验仪P20示值的准确度，即考察环境温度偏 离20时，校验仪根据实测压力与标准温度计算的P20值与P20理论值的误差，本标准称 该计量特性为“P20温度影响量”，包含压力测量受温度变化影响造成的误差和校验仪通过 公式将压力测量结果PT转换为P20带入的误差两局部。参考GB/T 220652008条款5.9的 温度补偿和JB/T7392-2006条款4.12的温度影响，具有相同的公式表达形式，只是补偿系 数有区别，本标准对p20温度影响量采用相同的公式表达形式

19、，补偿系数按密度控制器补 偿系数的1/4选取，对常用的（-2060） 范围内，补偿系数取0.005%/。自动控压的校验仪从压力控制功能划分属于自动标准压力发生器，校验仪采用气体 作为介质，控压比拟容易，参照JJG 1107-2015自动标准压力发生器条款531和532 对校验仪压力控制稳定性、压力控制超（回）调量提出计量要求。自动控压的校验仪在开 展密度控制器的设定点偏差和切换差校验时，要求压力缓慢地加（降）至设定点，在设 定点偏差和切换差试验时对压力变化的速度应有指标要求，因此，控压速率也是必要的 校准工程。本标准确定自动控压校验仪控制方面的计量特性：控制稳定性、压力控制超（回）调 量和控压

20、速率。第6章校准条件、第7章校准工程和校准方法与计量特性对应，确定校准工程为压力示值误差、零位漂移、回程误差、温度示值 误差、P20温度影响量、控制稳定性、压力控制超（回）调量和控压速率。1）标准装置及主要设备的选择标准装置主要是压力标准器和温度标准器。本标准中校验仪准确度等级为0.1级和 0.2级，按照压力仪表的溯源要求选择标准器最大允许误差绝对值不大于被校校验仪最大 允许误差绝对值的1/3。在开展控制性能试验时，需要分辩力优于被校校验仪的最大允许 误差绝对值1/10的压力仪表，0.05级及以上的数字压力表一般能满足此要求，因此，不 再另外配置开展控制性能的压力仪表。温度标准器用于开展温度示

21、值误差的试验，由于 要求校验仪的温度测量误差包含温度传感器和温度显示仪表的系统误差，根据JJG 229-2010工业粕、铜热电阻，要求温度标准测量系统引入的扩展不确定度（置信概 率95%）换算成温度值应不大于被检温度传感器允许误差绝对值的1/4,根据JJF 1171-2007温度巡回检测仪校准规范选择恒温槽工作区域最大温差W0.04C,温度波 动度优于 0.05/10min。2）校准方法a）校准工程“零位漂移、压力示值误差、回程误差”参照JJG 875-2019条款734、 和方法开展。由于校验仪通过内部计算实现力至P20的转换，传压介质仅提供压 力传递平衡的作用，无需表达六氟化硫气体的压力温

22、度特性（机械式的六氟化硫密度控 制器在做温度补偿试验时是需要用六氟化硫气体表达压力温度特性的，此处容易引起混 淆），因此校准校验仪时使用的传压介质为平安、洁净、无腐蚀性的气体即可，从环保 角度，无需使用六氟化硫气体。b）校准工程“温度示值误差”温度示值误差由传感器和温度显示仪表两局部引入，同理，所使用的温度标准测量 系统一般也是由温度标准器和温度显示仪表组成。参照相关的温度技术规范，在校验仪 温度测量范围内选择3个校准点（包括上、下限），将校验仪配套的专用温度传感器（如 柏电阻温度计）与温度标准测量系统的标准器同时放置在恒温槽（油槽、水槽或低温槽 等）内。试验时从低温逐点升温至各试验点。在每一

23、试验点，待温度稳定后，按标准- 被检-被检-标准的顺序为一个循环，分别读取温度标准测量系统与校验仪显示的温度值, 循环三次，取六次示值平均值作为测量值，计算校验仪温度示值误差。C）校准工程“P20温度影响量”将校验仪放入高低温试验箱，模拟现场环境，表达现场温度变化对压力测量的影响， 压力标准器不放入高低温试验箱。选取校验仪工作温度范围上、下限为温度校准点，稳 定2h后，选择不少于5个压力试验点，并均匀地分布在量程范围内，升压至压力试验点, 待压力稳定后分别读取大气压力计示值、压力标准器压力示值小、温度标准器温度示 值行口校验仪的压力测量结果入，同理，逐点试验直至最高压力校准点，之后逐点降压 进

24、行反行程校准；据大气压力计示值、压力标准器示值2、温度标准器示值T计算P20 理论值。将校验仪取出试验箱，使校验仪升压至上述各P,点，手动输入对应试验点的 温度标准器示值T作为修正温度，记录此时校验仪P20,与理论值p2G理论比拟得出P20温度影 响量。经过试验验证，此校准方法可操作。d）校准工程“控制稳定性”参照JJG 1107-2015自动标准压力发生器条款737.1和737.3,考虑到校验仪开 展密度控制器设定点校验的范围，确定压力测量范围（20%80%）内均匀选取三个校 准点。依次逐点加（降）压力，待各点压力输出值稳定后，读取并记录压力标准器30s 内的示值，完成一个试验循环，示值最大

25、值与最小值之差的1/2为校验仪的控制稳定性。e）校准工程“压力控制超（回）调量”参照JJG 1107-2015自动标准压力发生器条款737.2,在进行控制稳定性试验时, 同时记录校验仪控制升压（或降压）到下一校准点压力值到达稳定过程中压力标准器的 压力值。升压（或降压）过程中，压力标准器示值最大值（最小值）与校准点压力值稳 定后压力标准器示值之差的绝对值为压力控制超（回）调量。f）校准工程“控压速率”将校验仪与压力标准器相连接，选择一个六氟化硫密度控制器常用的报警或闭锁压 力点作为测量点P。，在P0附近选择控压起始点pi, pi与po之差应不小于量程的1%。将po 设定为校验仪输出的目标压力值

26、并加压，当压力到达起始点0时开始计时，到达测量点 po时停止计时，记录所用时间上再按照上述方法进行降压的控压速率试验。控压速率以 按照公式（1）计算。式中：Vp控压速率，MPa/s；po指定测量点，MPa；pi控压起始点，MPa；t 压力从起始点pi到达测量点po所用的时间，s。试验过程中发现，有的校验仪控压起始点不能通过设置选取，此时可利用六氟化硫 密度控制器接点动作校验过程进行控压速率试验。在对六氟化硫密度控制器进行接点动 作校验时，校验仪会进行两个升降压循环，如图1所示，第一个循环盲扫接点动作的大 致压力范围，第二个循环会在动作点附近降低控压速率以捕捉准确的接点动作值，因此 可以在第二个

27、循环选择控压起始点进行控压速率试验。在第二个循环升压过程L点开始 计时并读取压力值PL,在上切换值（恢复值）停止计时，两点压力差值应不小于量程的 1%,记录所用时间和上。在第二个循环降压过程H点开始计时并读取压力值PH,在下切 换值（动作值）停止计时，两点压力差值应不小于量程的1%,记录所用时间和P-控 压速率按照公式（2）（3）计算。图中：L升压过程控压起始点；tiL点对应时间；p上上切换值；t2上切换值对应时间;H降压过程控压起始点；打H点对应时间；p下下切换值；t4下切换值对应时间。(2)pp下V -1i t -t4*3图1控压速率试验示意图(3)由于试验原理与前述理论方法不冲突，只是实

28、现方式有差异，故将利用接点动作校 验过程的方法内容放入附录B供参考。2、其他需要说明的内容1) SF6气体状态方程常用于计算P20的方程有三种：Allied Chemical方程、Beattie & Bridgeman方程和M Callet方程。有文献试验证明Beattie & Bridgeman方程计算的结果与实验值符合得较好。 还有一种Virial方程也在工程上应用。但调研发现目前国内生产使用的校验仪大都使用 Beattie & Bridgeman方程进行计算，除威卡公司应用另一个拜尔气体方程(Prof. Dr. K. Bier, Uni. Karlsruhe)。但即使都是用Beattie & Bridgeman方程进行计算，其修正常数会有 所不同。虽然各生产厂家应用的Beattie & Bridgeman方程并不完全一致，但鲜有听闻不同的 校验仪在开展密度控制器校验工作时产生很大的差异和分歧。另外查找资料也未发现有 较为权威的机构或资料显示哪个方程更具权威性。因此，就目前常用的几个方程进行验 证比拟，找到差异大小，以获得合理的20理论值。表5所示为目前常用的Beattie & Bridgeman方程。表5 常用Beattie & Bridgeman方程序号方程来源方程应用代表