گرڈ الیکٹرانک ولٹیج ٹرانسفارمر میزرمینٹ کے لئے غیر یقینیت کا مظبوطہ
1. مقدمہ
گرڈ الیکٹرانک ولٹیج ٹرانسفورمرز، بجلی کے نظاموں میں اہم پیمائش کے اجزا کے طور پر غیر قابل بھول ہیں، ان کی پیمائش کی درستگی کو بجلی کے نظام کے استحکام سے وابستہ ہوتا ہے۔ لیکن عملی زندگی میں، الیکٹرانک اجزاء کے ذاتی خصوصیات، ماحولی عوامل، اور پیمائش کے طریقے کی محدودیت کی وجہ سے، ولٹیج ٹرانسفورمرز کی پیمائش کے نتائج میں عدم یقین رہتا ہے۔ یہ عدم یقین صرف بجلی کے معلومات کی درستگی کو متاثر نہیں کرتا بلکہ بجلی کے نظام کی ڈسپیچنگ، کنٹرول، اور حفاظت کی منصوبہ بندی کو بھی غلط راستہ دکھاتا ہے۔ اس لیے، گرڈ الیکٹرانک ولٹیج ٹرانسفورمرز کی تصدیق اور پیمائش کے نتائج کے عدم یقین کی مطالعہ کو بہتر بنانے کے لئے جامع تحقیق ضروری ہے۔
اس مطالعہ کا مقصد ولٹیج ٹرانسفورمرز کی پیمائش کے عدم یقین کے اثرات کو نظامی طور پر تحلیل کرنا ہے، جس میں الیکٹرانک اجزاء کے درجہ حرارت کے ڈرائفت، بوڑھاپہ، اور شور کی آزار، ساتھ ہی پیمائش کے ماحول میں درجہ حرارت، نمی، اور الیکٹرو میگنیٹک فیلڈ کی تبدیلیاں شامل ہیں۔ اس کے ذریعے، علمی اور معقول عدم یقین کی تقویم کے طریقے دریافت کیے جائیں گے۔ ریاضیاتی ماڈلز کو احصائی اصولوں اور میٹرولوجی کی دانش کے ساتھ ملایا جائے گا تاکہ مختلف کام کرنے کی حالتوں میں گرڈ الیکٹرانک ولٹیج ٹرانسفورمرز کی پیمائش کے عدم یقین کی مکمل تقویم کی جا سکے۔ اس تحقیق کے ذریعے، مزید درست تصدیق کے اصول بنانے اور ولٹیج ٹرانسفورمرز کی مصنوعات کی کوالٹی کو بہتر بنانے کے لئے نظریاتی بنیاد اور ٹیکنالوجیکل سپورٹ فراہم کیا جائے گا۔
2. پیمائش کے نتائج کے عدم یقین کی تقویم کا تجربہ
2.1 تجرباتی موضوع
گرڈ الیکٹرانک ولٹیج ٹرانسفورمرز کے عدم یقین کی تقویم کے لئے، 0.001 سطح کی درستگی کا دائرہ کار 1-1000 V کا پریشن ولٹیج کیلیبریشن ڈیوائس منتخب کیا گیا ہے۔ جانچ کرنے والے ولٹیج ٹرانسفورمر کو 10 kV-50 kV کے پرائمری ولٹیج اور 100 V کے سیکنڈری ولٹیج کے سیناریو کے لئے ڈیزائن کیا گیا ہے، جس کی درستگی کا سطح 0.02 ہے۔ گرڈ الیکٹرانک ولٹیج ٹرانسفورمر کی ساخت میں شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔
تجرباتی ماحول کو مستقل درجہ حرارت 20 ± 2 °C پر قائم کیا گیا ہے، نسبی نمی کو 60% سے کم رکھا گیا ہے تاکہ محتمل ماحولی اثرات کو پیمائش کے نتائج سے دور کیا جا سکے۔
2.2 گرڈ الیکٹرانک ولٹیج ٹرانسفورمرز کی تصدیق اور پیمائش کا طریقہ
گرڈ الیکٹرانک ولٹیج ٹرانسفورمرز کی تصدیق کے دوران، پیمائش کی درستگی کو یقینی بنانے کے لئے علمی عدم یقین کی تقویم کا طریقہ درکار ہے۔ شکل 1 میں دکھائے گئے گرڈ الیکٹرانک ولٹیج ٹرانسفورمر کو معیاری ڈیوائس کے طور پر استعمال کرتے ہوئے، کمپیئریسن مبنی سرکٹ کنکشن کو اختیار کیا گیا ہے۔ یہ جانچ کی جا رہی الیکٹرانک ولٹیج ٹرانسفورمر اور معیاری ڈیوائس کے درمیان بے رکاب مطابقت کو ممکن بناتا ہے، جیسا کہ شکل 2 میں دکھایا گیا ہے۔
پھر، اعلی درستگی کا ڈیجیٹل پیمائش نظام جانچ کی جا رہی الیکٹرانک ولٹیج ٹرانسفورمر کی غلطی کو مستقیماً پڑھتا ہے اور کیلکولیٹ کرتا ہے۔ معیاری ڈیوائس کا ماڈل DHBV-110/0.02 ہے، جس کی درستگی تصدیق کو زیرِ دستیاب رکھتی ہے۔ جانچ کی جا رہی ٹرانسفورمر کے لئے، 0.5%，2%，10%，50%，以及110%的额定电压点被设置以覆盖其工作范围。值得注意的是，尽管这些点在满载和轻载条件下的最大允许误差限相同，但电子元件的温度漂移和老化可能导致不同条件下的稳定性显著差异。因此，必须独立评估每个点的稳定性，以控制校验结果的不确定性，满足电力系统运行对高精度测量技术的严格要求。
3. ریاضیاتی ماڈل
گرڈ الیکٹرانک ولٹیج ٹرانسفورمرز کی تصدیق اور پیمائش کے نتائج کے عدم یقین کی تقویم کے تجربے میں، جب ٹیسٹ کی جا رہی ڈیوائس کی درستگی کی تصدیق کی جاتی ہے تو اس کا عدم یقین عام طور پر درستگی کے انحراف اور فیز لاگ کے ذریعے کمیٹ کیا جاتا ہے۔ یہ دو شاخص کے ذریعے پیمائش کی قدر اور حقیقی قدر کے درمیان تناسب کا فرق اور فیز کا انحراف ظاہر کرتے ہیں۔ اس لیے، عدم یقین کے اس منبع کو صحیح طور پر بیان کرنے کے لئے مستقل ریاضیاتی ماڈل بنائے جا سکتے ہیں۔ درستگی کے انحراف Y کے لئے، لکیری ریگریشن ماڈل کا استعمال کیا جا سکتا ہے، جس کو ایک چیز کے طور پر ظاہر کیا جا سکتا ہے:
جہاں β₀ اور β₁ ماڈل کے پیرامیٹرز ہیں؛ X گرڈ الیکٹرانک ولٹیج ٹرانسفورمر کا اندراج کیا گیا سگنل ہے؛ ε رینڈم غلطی کا شرح ہے۔ فیز لاگ φ کے لئے، اس کو مثلثیاتی فنکشن ماڈل کے ذریعے ظاہر کیا جا سکتا ہے:
جہاں α ثابت فیز شیفت کی نمائندگی کرتا ہے؛ θ(X) اندراج کیا گیا سگنل کے ساتھ تبدیل ہونے والی فیز فنکشن ہے۔ مزید تفصیلی تجزیہ کے لئے، غیر خطی شرائط یا پولینومیل اپروکسیمیشن کو متعارف کروایا جا سکتا ہے تاکہ ماڈل کی درستگی کو بہتر بنایا جا سکے۔ ان ریاضیاتی ماڈلوں کی تشکیل کرنا پیمائش کے نتائج کے عدم یقین کی مکمل اور نظامی تقویم کے لئے مضبوط نظریاتی بنیاد اور کمیٹیوٹولز فراہم کرتا ہے۔
4. عدم یقین کے مولف کے مطالعہ کے نتائج
گرڈ الیکٹرانک ولٹیج ٹرانسفورمرز کی تصدیق میں، عدم یقین کی تقویم کے لئے متعدد ولٹیج کے سطحیں تعین کی گئی ہیں۔ 0.5%，2%，10%，50%，以及110%的额定电压点被选择并使用比较法进行测量。记录并计算幅值差和相位偏差的平均值作为相应电压水平的参考值，以便准确评估被测变压器的性能不确定性。
4.1 A类不确定度评估
A类不确定度反映了对同一对象进行重复测量时结果的分散程度。其计算公式为：
其中 n 是测量次数；xi 是第 i 次测量值；\(\bar{x}\) 是测量值的算术平均值。
然后，对于 0.5%，2%，10%，50%，以及 110% 的额定电压点，A 类不确定度的评估结果如表 1 所示。
从表 1 可以看出，随着额定电压点的增加，幅值差和相位偏差的 A 类不确定度均呈上升趋势。这是因为，在较低电压水平下，电压互感器更为稳定，导致测量结果的分散性较小。然而，在较高电压水平下，电压互感器受到更多因素的影响，从而导致测量结果的分散性较大。
4.2 B类不确定度评估
根据 JJF 1059.1—2022《测量不确定度评定与表示》，B类不确定度是通过合理推断已知的相关信息来估计其标准差。这些信息可能涉及制造商的设备规格、行业认可的校准方法的数据，或历史测量数据的统计分析。B类不确定度的核心是基于经验和专业知识定义测量值的可能变化范围，其半宽为其范围宽度的一半。
然后，根据概率分布特性和所需置信水平选择适当的包含因子 k 进行量化。通常，如果测量值在预设区间内均匀分布（每个值具有相等的概率），则使用均匀分布模型，并且 k 可以取 \(\sqrt{3}\) 的近似值，以确保评估的准确性和严谨性。B类不确定度的计算公式为：
其中 a 是测量变化区间的半宽。
对于 0.5%，2%，10%，50%，以及 110% 的额定电压点，B类不确定度的评估结果如表 2 所示。
从表 2 可以看出，在不同的额定电压点上，无论是幅值差还是相位偏差，不确定度都随着电压水平的升高而呈上升趋势。与 A 类不确定度相比，B 类不确定度的评估更依赖于已知信息的准确性和完整性，反映对测量中的电压互感器性能的事先估计。因此，在实际应用中，综合考虑 A 类和 B 类不确定度可以更全面地掌握测量结果的准确性和可靠性。
4.3 综合标准不确定度评估
在评估综合标准不确定度时，如果每个电网电子电压互感器的校验和测量结果都是独立且不相关的（即它们的相关系数均为 0），则不确定度遵循线性组合的原则进行累积。基于此，综合标准不确定度的评估可以用以下公式表示：
然后，对于 0.5%，2%，10%，50%，以及 110% 的额定电压点，综合标准不确定度的评估结果如图 3 所示。
从图 3 的结果可以看出，随着额定电压从 0.5% 上升到 110%，幅值差和相位偏差的综合标准不确定度稳步增长。具体来说，幅值差不确定度从 0.008% 增加到 0.085%（约 10 倍），相位偏差不确定度从 0.05° 增加到 0.35°（约 7 倍）。这一趋势表明，较高的电压使变压器更容易受到外部干扰，从而扩大了测量不确定度。然而，没有出现极端数据变化，这表明评估过程是稳定可靠的。
5. 结论
在研究电网电子电压互感器校验和测量结果的不确定度评估方法中，分析了影响测量精度的多个因素，并探索了科学有效的评估方法。通过理论分析和实验验证，不仅提高了电压互感器测量结果的可靠性，也为电力系统的稳定运行提供了坚实保障。
