淺析三相電能表檢定裝置測量結(jié)果不確定度

田麗穎

(國網(wǎng)忻州供電公司,山西忻州 034000)

淺析三相電能表檢定裝置測量結(jié)果不確定度

田麗穎

(國網(wǎng)忻州供電公司,山西忻州 034000)

一切測量結(jié)果都不可避免的具有不確定性,一般電能表的不確定性評定僅對普通機械表、電子表而言,而作為省級計量機構(gòu)要對地(州)市所的電能表檢定裝置進行量傳,其測量的可信度是計量工作者所關(guān)注的。本文介紹了不確定度的定義和計算方法,對交流電能表檢定裝置的不確定度進行了分析,并列舉了0.1級三相電能表檢定裝置的具體計算實例,可供建標和比對工作中參考。

檢定裝置 測量 不確定度 評定

電能是關(guān)系國計民生的重要能源,同時也是一種特殊的商品,在當今世界的經(jīng)濟體系中占有顯著地位。作為電能貿(mào)易結(jié)算中使用的計量器具,電能表的計量準確度直接決定了貿(mào)易結(jié)算的公平程度。因此,一個國家電能計量標準準確度的提高,不僅可以提高其整體電能計量水平,而且能促進能源工業(yè)進步,推動國民經(jīng)濟發(fā)展。

1 測量不確定度的定義與基本概念

1.1 有關(guān)術(shù)語的定義

(1)測量不確定度：表示合理地賦予被測量之值的分散性,與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。

(2)標準不確定度：以標準差表示的測量不確定度。

(3)不確定度的A類評定：用對觀測列進行統(tǒng)計分析的方法,來評定標準不確定度。

(4)不確定度的B類評定：用不同于對觀測列進行統(tǒng)計分析的方法,來評定標準不確定度。

(5)合成標準不確定度：當測量結(jié)果是由若干個其他量的值求得時,按其他各量的方差和協(xié)方差算得的標準不確定度。

(6)擴展不確定度：確定測量結(jié)果區(qū)間的量,合理賦予被測量之值分布的大部分可望含于此區(qū)間。

(7)包含因子：為求得擴展不確定度,對合成標準不確定度所乘之數(shù)字因子。(注：包含因子也稱分布系數(shù),等于擴展不確定度與合成標準不確定度之比。)

1.2 測量方法概述

1.2.1 測量依據(jù)

JJG 597-2005《交流電能表檢定裝置檢定規(guī)程》。

1.2.2 測量環(huán)境

環(huán)境溫度(20±2)℃,相對濕度60%RH±15%,電壓220V±0.5%,頻率50Hz±0.1%。

1.2.3 測量標準器

三相標準電能表,型號CL317,準確度等級：0.02級。

1.2.4 被測對象

三相電能表檢定裝置,型號YC-1893(Ⅱ),準確度等級：0.05級。

1.2.5 測量過程

將三相電能表檢定裝置的測量標準器連接在裝置中被檢表的位置,由測量標準器指示的裝置輸出端電能W與裝置工作標準指示的電能W0相比較,所得結(jié)果即為被測裝置的相對誤差。

1.3 測量不確定度的基本概念

不確定度這個詞意思是不能肯定或有懷疑的程度。測量不確定度是對測量結(jié)果的不可信程度或?qū)y量結(jié)果有效性的懷疑程度。由于測量條件的不完善及人們的認識不足,使被測量的值不能被確切地知道,測量值以一定的概率分布落在某個區(qū)域內(nèi)。表示被測量分散性的參數(shù)就是測量不確定度,簡稱不確定度。在給出測量結(jié)果時必須同時給出其測量不確定度。測量不確定度用標準偏差表示,必要時也可用標準偏差的倍數(shù)或置信區(qū)間的半寬度表示。因此,測量不確定度是可以定量評定的。

2 電能表檢定裝置中不確定度的分析與計算

數(shù)學模型r=r0

式中：r-被檢表的相對誤差;r0-三相電能表裝置上測得的相對誤差。

2.1 A類不確定度評定

A類不確定度各分量可用實驗標準差表示。在重復性條件下,對一臺型號為YC-1893(Ⅱ)準確度等級為0.05級的三相電能表檢定裝置進行測量,相鄰兩次測量之間在相同的條件下較短時間內(nèi)完成,其測量誤差數(shù)據(jù)見表1。

測量次數(shù) n=10;誤差的平均值為：

標準偏差估計值為：

2.2 B類不確定度的分析

按照B類不確定度的定義來分析電能表檢定裝置中的B類分量。分析的依據(jù)可來自裝置設(shè)備的檢定證書、技術(shù)標準、說明書等。這些分量也就是誤差的來源,具體分析如下：a、標準電能表的誤差引起的;b、電壓互感器比差引起的;c、電能表傳遞誤差引起的;d、電壓互感器傳遞誤差引起的;e、標準表與被檢表同相端子之間的導線壓降引起的;f、標準表誤差化引起的。B類不確定度可用類似實驗標準差的標準差u表示,B類不確定度為上述各分量的合成,以上分析的各不確定度相互獨立。計算B類不確定度,不僅要考慮各分量的大小,還要考慮各分量的分布狀態(tài)以及傳播情況,所以還應先求出各分量的分布系數(shù)ki,在求出各個輸入量的不確定度分量ui=ai/ki之后,還需要計算傳播系數(shù)(靈敏系數(shù))ci,然后計算由此引起的被測輸出量y的標準不確定度分量：

最后再用下列公式計算B類不確定度：

表1

表2 合成確定度的評定結(jié)果

其中：ai—第i項B類分量的誤差限;ki—第i項B類分量的分布系數(shù);ci—第i項B類分量的傳播系數(shù)確定各誤差源的分布系數(shù)可參照JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》后附錄《概率分布情況的統(tǒng)計》。

2.3 合成標準不確定度評定(如表2)

由不確定度傳播率可知,對于輸入量互不相關(guān)(彼此獨立)的情況,由A類和B類評定所計算得到的多個標準不確定度可以用方和根

(RSS)方法有效地進行合成。

合成標準不確定度uc(y)的自由度稱為有效自由度veff。如果(y)是兩個或多個估計方差分量的合成,即

(xi),則通?？梢哉J為它服從t分布,其有效自由度用韋爾奇-薩特思韋特(Welch-Satterthwaite)公式計算：

vi是u(xi)自由度。

2.4 擴展不確定度評定

取置信概率P=95%,包含因子k=2,則擴展不確定度U95=ku(r0)=2×0.07%=0.14%。為了提高測量的可靠性,需要將置信區(qū)間進行擴大,以提供一個較高的置信概率。當求出各輸入分量不確定度的自由度V,并據(jù)此求出有效自由度veff時,需要根據(jù)veff和設(shè)定的置信水準(置信概率)p查t分布表,查得的臨界值就是所需的包含因子kp值。將合成標準不確定度uc乘以包含因子kp,得出擴展不確定度,計算式如下：U=kp·uc(6)

2.5 不確定度報告

經(jīng)驗證,測量結(jié)果可信,該三相電能表檢定裝置符合國家計量檢定系統(tǒng)表和JJG596-1999電子式電能表檢定規(guī)程、JJG307-2006交流電能表檢定規(guī)程的要求。

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本裝置對1.0級三相三線有功電能表在3×100V、3×1.5A、功率因數(shù)為1.0時,相對誤差測量結(jié)果的擴展不確定度為：