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中国计量院“国家直流大电流计量标准研究建立与应用”项目
荣获国家科技进步二等奖

    1月10日,2013年度国家科学技术奖励大会在人民大会堂隆重召开。由中国计量科学研究院(以下简称“中国计量院”)联合云南省计量测试技术研究院完成的“国家直流大电流计量标准研究建立与应用”成果获得国家科技进步二等奖。

  

 图1:课题负责人、中国计量院电磁所副所长邵海明研究员在颁奖现场

  直流大电流在金属冶炼、智能电网建设、高铁、电动汽车、航天、国防军工以及核物理和高能物理等科学研究等领域有着广泛的应用和计量需求。在金属电解行业,直流能耗约占其总用电量的90%,节能降耗、能效测评需要准确的直流大电流测量作为基础数据。但受大电流磁场干扰和校准技术的限制,长期以来,国际上直流大电流计量标准一直难以突破10-6的水平,同时由于缺乏高准确度的直流大电流国家计量标准,我国国防军工、电力、铁路等行业最高计量机构使用的高准确度直流大电流测量仪器无法可靠溯源;受安装和使用现场强电流产生的磁场干扰等限制,金属电解企业使用的直流大电流传感器也无法校准,这不仅造成直流大电流国内量值的不一致,也影响了企业节能减排定量考核、成本和市场竞争力,以及高铁机车等安全监测的可靠性。

  

图2:课题组成员

     为解决这一难题,在课题负责人、中国计量院电磁所副所长邵海明研究员带领下,课题组深入研究了直流电流比较仪(DCC)的磁屏蔽、母线结构、自校准方法等关键技术,研制了一套直流大电流比例自校准装置,建立了量程为1A~6kA直流大电流国家计量标准装置,测量不确定度为1×10-8~2.6×10-7,k=2形成的校准和测量能力(CMC)通过了由加拿大计量院(NRC)和美国计量院(NIST)专家的同行评审,并获得高度评价。
  经过10年的努力,课题组解决了高准确度DCC在额定磁势和实际工作条件下的自校准难题,技术指标达到国际领先水平,取得多项自主创新成果,主要包括:在国际上首次提出了分布式大电流母线优化设计方案,将大电流母线漏磁干扰降低了1个数量级;首次推导和验证了有气隙的垂直方向磁屏蔽效能计算解析公式,完善了比较仪磁屏蔽设计理论;首次提出一种DCC自校准的新方法——“串并联法”,解决了在实际大电流及其漏磁状态下高准确度自校准难题,不确定度比国际最好水平小5倍;提出并实现了“倍增电流法”,解决了电阻基准器电流依赖性绝对测量难题。      
    在此基础上,课题组进一步研制了2kA~60kA(0.01~0.05 级)系列工业现场直流大电流标准传感器,开发了在线整流机组效率测量系统和交直流分时电量测量管理系统,成功应用于多家金属电解企业,为企业优化工艺提供了在线测量支持,帮助企业提高整流运行效率,降低直流电单耗,节约电能约1000万度/年,经济和社会效益显著;为国防、核动力、高铁、电机、电动汽车等行业大电流测量标准和传感器制造企业的研究、设计和检测提供了量值溯源和技术支持,为高准确度仪器仪表制造企业提供了技术咨询。(文:刘旭红 图:陈杭杭)