МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР

 

 

 

МЕТОДИКА РАСЧЕТА
МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
КАНАЛОВ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЙ

 

РД 34.11.207-89

 

 

РАЗРАБОТАНО Производственным объединением по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей "Союзтехэнерго", предприятием "Дальтехэнерго"

 

ИСПОЛНИТЕЛИ Ю. Б. БОЛЬШАКОВ, Ю. А. БОРИСОВ, А. А. ЛЕЩУК

 

УТВЕРЖДЕНО Главным научно-техническим управлением энергетики и электрификации 11.04.89 г.

Заместитель начальника А. П. БЕРСЕНЕВ

 

 

 

Срок действия установлен
с 01.07.89 г.
до 01.07.94 г.

 

Настоящая Методика применяется для расчета метрологических характеристик (MX) систем телеизмерения энергопредприятий, энергообъединений и диспетчерских пунктов.

С помощью Методики устанавливаются способы расчета MX каналов телеизмерений (КТИ) из числа регламентированных ГОСТ 8.009-84 по MX агрегатных средств измерений (АСИ), входящих в состав КТИ, для статического режима измерении.

Методика используется для расчетного определения суммарной погрешности каналов телеизмерений при проектировании, эксплуатации и метрологической аттестации систем телеизмерений.

Определения терминов, используемых в Методике, приведены в приложении 1.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. В состав КТИ входят все средства измерений, передачи данных, линии связи и средства отображения информации от первичных измерительных трансформаторов до средств представления информации, необходимые для выполнения законченной функции измерения.

1.2. Расчет MX производится для КТИ, АСИ которого согласованы по входным и выходным импедансам. Условия эксплуатации АСИ соответствуют требованиям, указанным в технической документации завода-изготовителя АСИ.

1.3. Приемопередающие устройства телемеханики, приемники, передатчики данных и линии связи рассматриваются в настоящей Методике как единое АСИ с нормируемыми MX.

2. ВЫБОР КОМПЛЕКСА МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
КАНАЛОВ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЙ

2.1. В таблице приведены комплексы MX КТИ, подлежащие расчету.

2.2. Первый комплекс MX КТИ следует выбирать в том случае, когда в НТД на АСИ, входящие в КТИ, нормируется основная погрешность и наибольшие допустимые изменения ее, вызванные воздействием влияющих факторов.

2.3. Второй комплекс MX КТИ следует выбирать в случае нормирования в НТД на АСИ раздельно систематической, случайной составляющей основной погрешности и функций влияния на эти составляющие погрешности.

3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА
МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
КАНАЛОВ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЙ

3.1. Дя расчета первого комплекса MX КТИ необходимы следующие исходные денные:

3.1.1. Нормируемые MX АСИ:

Δ - предел допустимой основной погрешности i -го АСИ;

f_ТТ, f_ТН - пределы допустимых угловых погрешностей измерительного трансформатора тока и напряжения;

ε_i, (ξ_j) - наибольшие допустимые изменения основной погрешности i -го АСИ, вызванные воздействием j - й влияющей величины.

3.1.2. Характеристики влияющих величин: наименьшее ξ_нj и наибольшее ξ_Вj значения влияющей величины, соответствующие реальным условиям эксплуатации АСИ.

3.1.3. Относительное падение напряжения в контрольном кабеле от измерительного трансформатора напряжения до измерительного преобразователя.

3.1.4. Значения номинального первичного тока  и напряжения  измерительных трансформаторов тока и напряжения.

3.1.5. Диапазон измерения преобразователей активной мощности  реактивной мощности , тока  и напряжения .

3.2. Для расчета второго комплекса MX КТИ необходимы следующие исходные данные:

3.2.1. Нормируемые MX АСИ:

М_i[Δ_so] - математическое ожидание систематической составляющей основной погрешности АСИ;

s[Δ_so] - CКО систематической составляющей основной погрешности АСИ;

- предел допустимого СКО случайной составляющей основной погрешности АСИ;

H_i - предел допустимой вариации АСИ при нормальных условиях;

М_i - номинальная цена единицы наименьшего разряда кода цифрового АСИ;

 - номинальная функция влияния на систематическую составляющую погрешности АСИ;

 - номинальный коэффициент влияния j -и влияющей величины на систематическую составляющую погрешности i-ro АСИ;

 - номинальная функция влияния на СКО случайной составляющей погрешности АСИ;

 - номинальная функция влияния на вариацию АСИ.

3.2.2. Характеристики влияющих величин:

математическое ожидание влияющих величин М_i(ξ_j);

наибольшее ξ_Вj и наименьшее ξ_нj значения влияющей величины.

3.2.3. Относительное падение напряжения  в контрольном кабеле от измерительного трансформатора напряжения до измерительного преобразователя.

3.2.4. Значения номинального первичного тока  и напряжения  измерительных трансформаторов тока и напряжения.

3.2.5. Диапазон измерения преобразователей активной мощности , реактивной мощности , тока  и напряжения .

4. РАСЧЕТ ПЕРВОГО КОМПЛЕКСА
МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
КАНАЛОВ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЙ

4.1. Нижняя и верхняя граница интервала, в котором с заданной вероятностью Р находится погрешность КТИ, при нормальных условиях (НУ) эксплуатации АСИ определяются по формулам:

                                                                                                   (4.1)

                                                                                                    (4.2)

где  - математическое ожидание систематической составляющей суммарной погрешности КТИ при НУ эксплуатации АСИ;

К - коэффициент, определяемый доверительной вероятностью Р;

 - CKО суммарной погрешности КТИ при НУ эксплуатации АСИ.

4.2. В исходных данных (п. 3.1) нет информации о систематической составляющей АСИ, поэтому математическое ожидание  i-ro АСИ принимаем .

Таким образом, математическое ожидание суммарной погрешности КТИ определяется практически только падением напряжения в контрольном кабеле.

4.2.1. Для КТИ активной мощности

                                                                                               (4.3)

где n - количество измерительных преобразователей мощности;

 - относительное падение напряжения в контрольном кабеле от i -го трансформатора напряжения до i -го измерительного преобразователя, %;

 - диапазон шкалы i -го измерительного преобразователя.

4.2.2. Для КТИ напряжения

                                                                                               (4.4)

где  - диапазон шкалы преобразователя напряжения.

4.2.3. При проектировании КТИ принимается

4.3. При суммировании большого количества (n ³ 4) независимых погрешностей, распределенных по различным законам, распределение суммарной погрешности приближается к нормальному, поэтому для расчета по формулам (4.1, 4.2, 4.10, 4.11) принимаем K = 1,96 для Р = 0,95.

Для других значений Р следует пользоваться значениями коэффициента Стьюдента для нормального закона распределения.

4.4. Для расчета CKО суммарной погрешности КТИ принято допущение, что погрешности АСИ, для которых MX нормированы без разделения на систематическую и случайную составляющие, являются случайными величинами, распределенными по закону равномерной плотности. В этом случае СКО погрешности АСИ рассчитываются следующим образом:

4.4.1. Среднее квадратическое отклонение погрешности измерительных преобразователей, сумматоров, усилителей постоянного тока, устройства телемеханики и ЭВМ определяется по формуле

                                                                                                   (4.5)

где Δ_i - основная приведенная погрешность АСИ, %;

Кр - коэффициент, определяемый равномерный законом распределения плотности;

 - диапазон шкалы i-го АСИ в единицах намеряемого параметра.

Для доверительной вероятности Р=1, . Для КТИ реверсивной мощности Р_шк удваивается по абсолютному значению.

4.4.2. Среднее квадратическое отклонение погрешности  измерительных трансформаторов тока к напряжения определяется по формуле

                                                     (4.6)

где  - предел допустимой токовой погрешности измерительного трансформатора тока, %;

 - предел допустимой погрешности напряжения измерительного трансформатора напряжения, %;

 - коэффициент, определяемый cos j;

 - предал допустимой угловой погрешности измерительного трансформатора тока, срад;

 - предал допустимой угловой погрешности измерительного трансформатора напряжения, срад;

 - номинальная по коэффициенту трансформации мощность в единицах измеряемой величины.

4.4.3. Для КТИ активной мощности

Для cos j = 0,8 К_j = 0,6.

4.4.4. Для КТИ реактивной мощности

Для cos j = 0,8 К_j = 1,8.

4.4.5. Для трехфазных цепей измерения мощности

                                                                                                     (4.7)

где  - номинальное первичное напряжение измерительного трансформатора напряжения, В;

 - номинальный первичный ток измерительного трансформатора тока, А.

4.4.6. Для однофазных цепей измерения мощности

                                                                                                           (4.8)

4.5. Среднее квадратическое отклонение суммарной погрешности КТИ в НУ эксплуатации определяется по формуле

  (4.9)

где п - количество измерительных преобразователей мощности;

 - СКО измерительного преобразователя;

m - количество суммирующих преобразователей;

 - СКО погрешности суммирующего преобразователя;

 - СКО погрешности усилителя постоянного тока;

 - СКО погрешности устройства телемеханики;

 - СКО погрешности ЭВМ.

4.6. Нижняя Δ_Н и верхняя Δ_В границы интервала, в котором с заданной вероятностью Р находится суммарная погрешность КТИ, определяются по формулам:

                                                                                                             (4.10)

                                                                                                             (4.11)

где  - математическое ожидание суммарной погрешности КТИ в реальных условиях эксплуатации;

 - СКО суммарной погрешности КТИ в реальных условиях эксплуатации.

4.7. Полагаем, что изменение сопротивления контрольного кабеля от изменения внешних влияющих факторов является несущественным, поэтому

4.8. Среднее квадратическое отклонение суммарной погрешности КТИ в реальных условиях эксплуатации определяется по формуле

                             (4.12)

где  - СКО погрешности измерительного преобразователя в реальных условиях эксплуатации;

 - CKО погрешности суммирующего преобразователя в реальных условиях эксплуатации;

 - СКО погрешности усилителя в реальных условиях эксплуатации;

 - CКО погрешности устройства телемеханики в реальных условиях эксплуатации.

4.9. Среднее квадратическое отклонение погрешности измерительного преобразователя, суммирующего преобразователя, усилителя и устройства телемеханики определяется по формуле

                                                                                               (4.13)

где  - определяется по формуле (4.5);

 - количество существенных влияющих факторов, для которых нормированы изменения MX АСИ;

 - дополнительная погрешность i-го АСИ, вызванная j-й влияющей величиной.

4.10. Среднее квадратическое отклонение дополнительной погрешности определяется по формуле

                                                                                                (4.14)

где  - наибольшее допустимое изменение погрешности i -го АСИ от изменения j-й влияющей величины, %;

 - коэффициент, учитывающий воздействие j-й влияющей величины на i-е АСИ.

4.11. Для линейной функции влияния коэффициент  определяется по формуле

                                                                                                                      (4.15)

где  - наибольшее значение влияющей величины в реальных условиях;

 - нормальное значение j-й влияющей величины;

 - диапазон изменения влияющей величины, для которого нормирована ξ_ij.

4.12. Для ступенчатой функции влияния коэффициент  определяется по формуле

                                                                                                         (4.16)

где  - значение влияющей величины, в реальных условиях.

4.13. Дополнительные погрешности принимаются существенными при соблюдении неравенства

                                                                                                                     (4.17)

5. РАСЧЕТ ВТОРОГО КОМПЛЕКСА
МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРРСТИК
КАНАЛОВ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЙ

5.1. Границы интервала, в котором с заданной вероятностью Р находится погрешность КТИ в реальных условиях эксплуатации, рассчитываются по формулам:

                                                                                                             (5.1)

                                                                                                             (5.2)

где  - математическое ожидание суммарной погрешности КТИ в реальных условиях эксплуатации;

К - коэффициент, определяемый заданной доверительной вероятностью; выбирается в соответствии с п. 4.3 Методики;

 - СКО суммарной погрешности КТИ в реальных условиях эксплуатации.

5.2. Математическое ожидание суммарной погрешности КТИ определяется по формуле

                                                                                   (5.3)

где К - количество АСИ КТИ;

п - количество измерительных преобразователей мощности.

5.3. Математическое ожидание погрешности АСИ определяется по формуле

                                                                                         (5.4)

где  - математическое ожидание систематической составляющей погрешности i -го АСИ;

m -                               количество влияющих величин, существенных для i-гo АСИ;

 - математическое ожидание j-й функции влияния на систематическую составляющую погрешности i-гo АСИ. Если для АСИ нормирован предел  допустимых значений систематической составляющей основной погрешности без указания , то для расчетов пользуются предположением

5.4. Для линейных функций влияния математическое ожидание рассчитывается по формуле

                                                                                              (5.5)

где  - номинальный коэффициент влияния j-й влияющей величины на систематическую составляющую погрешности i-го АСИ;

 - математическое ожидание j-й влияющей величины.

5.5. Для ступенчатых функций влияния математическое ожидание рассчитывается по формуле

                                                                                                                      (5.6)

при .

5.6. При проектировании КТИ в случае, если нет основании выделить области предпочтительных значений влияющей величины,  рассчитывается по формуле

                                                                                                           (5.7)

5.7. СКО суммарной погрешности КТИ в реальных условиях эксплуатации определяется по формуле

                                                                                                                       (5.8)

где  - дисперсия суммарной погрешности КТИ в реальных условиях эксплуатации.

5.8.  определяется по формуле

                                                                                                            (5.9)

где  - дисперсия i-го АСИ в реальных условиях эксплуатации;

 - рассчитывается по формуле (4.6).

5.9. Дисперсия i-го АСИ в реальных условиях эксплуатации определяется по формуле

                                                        (5.10)

где  - CКО систематической составляющей погрешности i-го АСИ;

 - дисперсия j-й функции влияния на систематическую составляющую погрешности i-го АСИ;

 - предел допустимого CKО случайной составляющей i-го АСИ;

 - функция влияния, j-й влияющей величины на CKО i-го АСИ;

 - предел допустимой вариации i-го АСИ при нормальных условиях;

 - функция влияния j-й влияющей величины на вариацию i-го АСИ;

 - номинальная цена единицы наименьшего разряда кода.

Суммирование осуществляется для m, ℓ и k существенных влияющих величин, для которых нормированы MX

5.10. Для линейных фикций влияния

                                                                                                              (5.11)

значение  вычисляется по формуле

                                                                                                          (5.12)

где  - СКО j -й влияющей величины;

 - номинальный коэффициент влияния j-влияющей величины на погрешность i-го АСИ.

5.11. Для ступенчатых функций влияния

                                                                                                      (5.13)

где K_ijs определяется по формуле (4.16).

Значение  вычисляется по формуле

                                                                                                           (5.14)

5.12. При проектировании КТИ в случае, если нет основания выделить область предпочтительного значения влияющей величины. СКО влияющей величины определяется по формуле

                                                                                                                 (5.15)

6. ФОРМЫ ВЫРАЖЕНИЯ
МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КАНАЛОВ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЕ

6.1. Метрологические характеристики КТИ, перечисленные в разд. 2, должны выражаться в виде характеристик абсолютной величины измеряемого параметра, при этом они должны указываться в единицах измеряемой величины. Результаты расчета MX КТИ приводятся в таблице с указанием доверительной вероятности Р.

6.2. В приложении 2 приведен пример расчета MX КТИ суммарной мощности ТЭЦ по MX ACИ.

Приложение 1

Справочное

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМИНОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В МЕТОДИКЕ

Приложение 2

Справочное

ПРИМЕР РАСЧЕТА МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
КАНАЛОВ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЙ СУММАРНОЙ МОЩНОСТИ ТЭЦ

В качестве примера выполнен расчет MX КТИ суммарной мощности ТЭЦ по MX АСИ.

1. Исходные данные

1.1. Номинальные значения электрических параметров ТЭЦ приведены в табл. П2.1.

Таблица П2.1

Технические характеристики вторичных цепей ТЭЦ

1.2. Структурная схема КТИ мощности приведена на рисунке.

Структурная схема КТИ суммарной мощности ТЭС:
ТН - измерительный трансформатор напряжения; ТТ - измерительный трансформатор тока;
ИП - измерительный преобразователь; ПС - суммирующий преобразователь;
ТМ - устройство телемеханики; ЭВМ -электронная вычислительная машина; Д - дисплей

1.3. Диапазон шкалы измерительного преобразователя  соответствует номинальной мощности генератора , т.е. .

1.4. Диапазон полной шкалы суммирующего преобразователя Р определяется по формуле ,

где n - количество задействованных входов суммирующего преобразователя.

1.5. Канал телеизмерений суммарной мощности ТЭЦ состоит из АСИ, для которых в НТД нормируется основная погрешность и наибольшие допустимые изменения ее, вызванные изменением влияющих величин. Метрологические характеристики АСИ, входящих в КТИ, приведены в табл. П2.2.

Таблица П2.2

Метрологические характеристики АСИ, входящих в КТИ

1.6. Условия эксплуатации АСИ:

1.6.1. Измерительные и суммирующие преобразователи находятся в помещениях, где не производится конденционирование воздуха, т.е. в условиях, значительно отличающихся от нормальных:

температура окружающего воздуха	20 °С ;
относительная влажность воздуха	60 % ;
атмосферное давление 101 кПа	± 10.

1.6.2. Устройства телемеханики и ЭВМ располагаются в кондиционируемых помещениях, т.е. приближенных к нормальным:

температура окружающего воздуха	20 °С ;
относительная влажность воздуха	60 % ;
атмосферное давление 101 кПа	± 10.

1.6.3. Нормы качества измеряемой электрической энергии и напряжения питания устройства телемеханики и ЭВМ соответствуют требованиям ГОСТ 13.109-67;

отклонение частоты сети переменного тока	± 0,1 Гц;
отклонение номинального напряжения	± 5 %;
изменение формы кривой тока и напряжения не превышает	2 %.

2. Выбор комплекса MX КТИ

В НТД на АСИ нормированы основная погрешность и наибольшие допустимые изменения ее, вызванные влияющими величинами, поэтому выбираем первый комплекс MX КТИ.

3. Расчет верхней  и нижней  границ доверительного интервала суммарной погрешности КТИ для нормальных условий эксплуатации АСИ.

3.1. По формуле (4.3) определяем математическое ожидание погрешности КТИ при НУ:

3.2. По формуле (4.6) рассчитываем  для cos φ = 0,8. При этом согласно п. 4.4.3 К_φ = 0,6.

 МВт;

 МВт;

 МВт;

 МВт;

 МВт.

3.3. По формуле (4.5) рассчитываем ,  при этом принимаем К_Р = 1,7:

 МВт;

 МВт;

 МВт;

 МВт;

 МВт;

 МВт;

 МВт;

 МВт;

 МВт;

 МВт.

3.4. По формуле (4.9) рассчитываем СКО суммарной погрешности при НУ, при этом считаем :

3.5. По формулам (4.1) и (4.2) определяем границы интервала для Р = 0,95, К = 1,96:

 МВт;

 МВт.

3.6. Приведенная погрешность границ интервала составляет:

 %;

 %.

4. Расчет верхней Δ_В и нижней Δ_Н границ доверительного интервала суммарной погрешности для рабочих условий эксплуатации АСИ

4.1. Определяем существенные влияющие величины для АСИ, входящих в состав КТИ.

4.1.1. Наибольшее влияние на погрешность измерительного преобразователя оказывают отклонение температуры окружающего воздуха от (20 ± 2) °С и отклонение напряжения измеряемой цепи от номинального. Дополнительная погрешность, обусловленная другими влияющими величинами, несущественна, так как диапазон изменения этих влияющих величин (частота сети, напряженность магнитного поля,  отклонение формы кривой тока и напряжения и т.д.) в реальных условиях эксплуатации значительно меньше диапазона, нормируемого в НТД на измерительный преобразователь. Это положение является справедливым и для других АСИ КТИ (суммирующий преобразователь, устройство телемеханики).

Коэффициент влияния температуры на измерительный преобразователь определяем по формуле (4.15), при этом получаем t_max = 35 °С, Δt = 10 °С:

.

Проверяем, выполняется ли условие (4.16)

.

По формуле (4.15) определяем коэффициент, учитывающий влияние отклонения напряжения от номинального:

.

Проверяем, выполняется ли условие (4.16)

.

Условие выполняется, поэтому отклонение напряжения от номинального считаем существенной влияющей величиной.

4.1.2. Для суммирующего преобразователя определяем  по формуле (4.15):

.

Условие (4.16) выполняется

,

поэтому отклонение температуры от НУ является существенной величиной.

По формуле (4.15) определяем коэффициент, учитывающий влияние отклонения напряжения от номинального:

;

 - условие не выполняется, поэтому отклонение напряжения питания от номинального в пределах 5 % является несущественной величиной для суммирующего преобразователя.

4.1.3. Для устройства телемеханики определяем:

;

 - условие выполняется, поэтому дополнительная погрешность существенна.

4.2. По формуле (4.14) определяем дополнительные погрешности измерительных преобразователей:

 МВт;

 МВт;

 МВт;

 МВт;

 МВт;

 МВт;

 МВт;

 МВт;

 МВт;

 МВт.

4.3. По формуле (4.13) определяем:

 МВт;

 МВт;

 МВт;

 МВт;

 МВт.

4.4. По формуле (4.14) определяем дополнительные погрешности суммирующих преобразователей:

 МВт;

 МВт;

 МВт.

4.5. По формуле (4.13) определяем:

 МВт;

 МВт;

 МВт.

4.6. По формуле (4.14) определяем дополнительную погрешность устройства телемеханики:

 МВт.

4.7. По формуле (4.13) определяем:

 МВт.

4.8. По формуле (4.12) определяем СКО суммарной погрешности КТИ в реальных условиях эксплуатации:

4.9. По формулам (4.10), (4.11) определяем доверительные границы интервала, в котором с Р = 0,95 находится суммарная погрешность КТИ мощности, при этом полагаем :

 МВт;

 МВт.

4.10. Приведенная погрешность границ интервала:

 %;

 %.

5. Результаты расчета MX КТИ суммарной мощности ТЭЦ приведены в табл. П2.3.

Таблица П2.3

Метрологические характеристики КТИ суммарной мощности ТЭЦ

 

ОГЛАВЛЕНИЕ