0.01級三相電能表標準裝置檢定或校準結果的不確定評定實例分析

國網湖北省電力有限公司 劉莉

0 引言

按照《中華人民共和國計量法》、JJF1033-2016《計量標準考核規范》規定，電力企業根據需要，建立的本單位使用的計量標準器具，其各項最高計量標準經有關人民政府計量行政部門主持考核合格，取得《計量標準考核證書》后使用。計量標準考核是對計量標準測量能力的評定和利用該標準開展量值傳遞資格的確認。

0.01 級三相電能表標準裝置作為省級電力系統最高等級的計量標準，在標準建立過程中其測量方法、數學建模、各輸入量的標準不確定度分量的評定是否合理，檢定結果的驗證方法是否正確以及驗證結果是否滿意，都將涉及到對0.01級電能表檢定裝置其測量結果可靠程度的定量評定，是評定計量標準測量能力的重要依據。

本文結合實際工作中測得真實數據，對0.01級標準電能表及其配套設備組合而成的電能表標準裝置進行不確定度評定，反應其真實的測量能力。

1 檢定或校準結果的不確定度評定

測量不確定度是根據所用到的信息，表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結果相聯系的參數，是對測量結果可能誤差的度量，是定量說明測量結果質量好壞的一個參數，也是評判實驗室檢測質量控制水平的依據之一。

1.1 測量方法

根據JJG1085-2013《標準電能表》檢定規程，在規程規定的參比條件下，對比對樣品0.01級三相標準功率電能表RD33-434電能基本誤差進行校準。采用的“標準表法”將標準表與被檢表同時測定的電能值相比較，即能確定被檢表的相對誤差。被檢電能表的測量誤差（相對誤差）按下式計算：

式中，γ0為標準表或校準/檢定裝置的已定系統誤差(%)，不需更正時γ0=0。m為實測脈沖數。m0為算定（或預置）的脈沖數。

測量標準及被試表的技術參數見表1、表2。

表1 測量標準技術參數表

表2 被試表技術參數表

表3 測量重復性原始記錄 溫度 ：20.4℃ 濕度 ：49%RH 頻率 ：50.0赫茲

表4 A 類標準不確定度分量 溫度 ：20.4℃ 濕度 ：49%RH 頻率 ：50.0赫茲

1.2 數學模型

計量標準測定有功電能表時測量結果的數學模型 γH=γw0+γ0+γw1+γw2+γw3，(1)

其中：γ0為標準器的相對誤差（%）。

一臺三相電能表的A、B、C相；或三臺單相電能表，如果是一臺三相電能表作為整體考慮，則可用γ0代替（γa+γb+γc）/3，其他類推。

γw0為計量標準測量的被測電能表的相對誤差（%）；γW1為標準器的上級傳遞誤差（%）；當用該點的示值誤差時，取上級給出的該點測量不確定度，當用技術指標時（均勻分布考慮），不需要上級傳遞的不確定度；γW2為裝置中導線壓降誤差（%）；γW3為標準器誤差化整的誤差（%）。

1.3 方差和靈敏系數

當全部輸入量Xi是彼此獨立或不相關時，合成標準不確定度uc2（y），由下式得出：

(1)式中各量為非相關量，由(1)式得出方差為∶

則靈敏系數∶

1.4 標準不確定度分量的評定

測量結果的標準不確定度各分量由上述各項誤差（輸入量）的標準不確定度評定，根據各分量來源采用A類或B類評定。

1.4.1 A類不確定度的評定

1.4.1.1 測量重復性引入的標準不確定度分量u0

根據JJG1085-2013標準電能表檢定規程，在0.01級三相電能表標準裝置上，對被檢電能表RD-33-233(0.01級，編號：300666)的個負載點分別進行10次等精度的測量，計算標準偏差作為每種測量范圍的A類不確定度。測量數據見表3、表4：

表3中測量次數n=10；誤差的平均值為：

用貝塞爾公式計算實驗方差S（εi）也即是Sn，則：

標準偏差估計值為：

式中：n—對每個負載點進行重復測量的次數。

εi—第i次測量得出的相對誤差（%）

—各次測量得出的相對誤差的平均值（%）

表5 B不確定度分量

表6 不確定度匯總表（k=2）

表7 檢定或校準結果的驗證表

1.4.2 B類不確定度的評定

1.4.2.1 標準器技術指標引入的不確定度分量u1

三相電能計量標準裝置標準器的準確度等級為0.01級，取區間半寬為0.01%，按均勻分布考慮，包含因子則由標準器技術指標引入的標準不確定度分量

1.4.2.2 裝置中導線壓降誤差引入的不確定度分量u2

JJG597-2005《交流電能表檢定裝置》中要求，無接入電壓互感器的裝置，標準表和被檢表的同相兩對電壓同名端鈕間電位差之和與輸出電壓的百分比應不超過裝置最大允許誤差的1/6，該裝置準確度等級為0.01級，故由裝置中導線壓降可能引起的最大誤差為0.01%/6=0.002%，服從均勻分布，則由裝置中導線壓降誤差引入的不確定度分量

1.4.2.3 ，標準器誤差化整的誤差引入的不確定度分量u3

因給出的測量結果是經過數據修約（化整后）的，因此數據修約將產生不確定度，0.01級標準電能表的修約間距為0.001%，分散區間半寬為讀數位數的1/2，即0.0005%，此區間服從均勻分布k=√3，則由標準器誤差化整的誤差引入的不確定度分量

1.4.2.4 ，B類不確定度分析一覽表如表5

1.5 合成標準不確定度及擴展不確定度

由公式

可計算得出各負載點合成標準不確定度。

被測量接近正態分布，取k=2，由公式U=kui可計算得出各負載點擴展不確定度。

計算結果如表6。

2 檢定或校準結果的驗證

計量標準的測量不確定度的驗證是對以上給出的不確定度的合理性的檢驗。

采用傳遞比較法，選用一臺計量標準測量穩定性好的被測電能表（美國RADIAN公司的RD-33-234型標準電能表，編號為300666，0.01級），然后將該被測電能表送上一級計量標準的部門進行測量。若本計量標準和上一級計量標準的擴展不確定度（k=2）分別為Ulab和Uref，它們的測量結果分別為yiab和yref，則應滿足：

結束語

本文對0.01級電能表標準裝置檢定或校準結果的不確定度進行了詳細評定，該結論與國家電網公司組織的電能表能力驗證活動中取得的滿意結果一致，技術上確保了湖北省級標準電能表標準裝置使用的合理與可靠，保證了省級電力系統電能量值傳遞的準確性。

在日常標準電能表檢定、校準工作中，電能表標準裝置的檢定或校準結果的不確定度評定全過程可參照本文實施。

1.《中華人民共和國計量法》

2.JJF1033-2016《計量標準考核規范》

3.JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》

4.JJG1085-2013《標準電能表》

5.JJG597-2005《交流電能表檢定裝置》