電壓互感器能力驗證計劃方案設計

趙 威

（中國電力科學研究院有限公司，湖北 武漢 430074）

電壓互感器是我國電力系統廣泛使用的測量/計量用一次設備，是電磁測量或電能計量裝置的重要組成部分，電能計量的準確性直接關系到貿易結算的公正公平。

作為檢定和校準電壓互感器的標準裝置包含了標準電壓互感器、互感器校驗儀、互感器負荷箱等主要儀器，通常使用在環境受控的實驗室中。實驗室使用電壓互感器標準裝置，結合配置合理的交流電源和試驗線路，在受控環境下對電壓互感器進行檢定校準。電壓互感器校準能力驗證計劃不僅可以證明參加者檢定校準電壓互感器的能力，而且可以增加客戶對參加者的信心，同時表明參加者量值傳遞的統一性[1]。

能力驗證（proficiency testing,PT）是利用實驗室間比對確定實驗室的檢測/校準能力或檢查機構的檢測能力[2]。

CNAS將能力驗證作為評價實驗室技術能力的重要手段之一，與現場評審構成了互為補充的兩種能力評價技術。通常實驗室將能力驗證用作有效的外部質量保證活動，并將其作為內部質量活動的補充。

1 能力驗證計劃特點

1.1 目的和意義[1]

評定參加者從事電流互感器校準試驗的能力及其項目的持續能力；識別參加者實驗室存在的問題，通過能力驗證計劃來補充參加者內部質量監控的不足；增加從事電流互感器項目的參加者之間橫向比較；識別參加者之間的差異；增加參加者客戶對參加者的信心；根據結果，幫助參加者提高能力；確認聲稱的不確定度；為國際比對工作奠定基礎。

1.2 防止串通或偽造結果的預警措施

明確規定在比對數據尚未正式公布之前，所有與比對相關的試驗室和人員均應對比對結果保密，不允許出現任何數據串通，不得泄露與比對結果有關的信息，以確保比對數據的公正性。

參比實驗室違反職業道德，弄虛作假或者泄露機密的，能力驗證結果視為不滿意。

2 確定工作小組成員

計劃總負責人/技術負責人、計劃質量負責人、計劃協調者/計劃策劃人/報告簽發人、計劃技術專家/報告審核人、能力評價人員/統計人員/物品制備人員、計劃聯絡人。

3 參加本計劃應滿足條件

3.1 獲得本計劃項目授權或認可的機構

具備參加計劃項目的計量授權和或CNAS認可的機構；具備參加計劃項目的測量標準和測量系統；具備規定的固定的實驗室環境；具備項目要求的試驗人員；具備出具校準報告和進行不確定度評定的能力。

注：具備這些條件的參加者應是已經在計劃項目上獲得認可或授權的機構，可以通過官方或公開渠道獲得相關信息。參加者報名后，主導實驗室將核實這些信息。

3.2 其他實驗機構

長期或準備開展項目計劃項目的實驗室；具備進行試驗的測量設備和測量系統；具備規定的固定的實驗室環境；具備項目相關的試驗人員；具備出具校準報告和進行不確定度評定的能力。

注：具備這些條件的參加者可能并未獲得認可或準備申請認可，參加者報名后主導實驗室將與參加者溝通，獲取這些信息。

4 參加者的類型范圍和數量

4.1 本次計劃主要針對的參加者類型[3]

例如：可以校準0.1級電壓互感器的機構；聲稱的不確定度應滿足或優于：

20%UN比值誤差U f=0.0066%，相位誤差Uδ=3.3′；

100%UN比值誤差U f=0.0033%，相位誤差Uδ=1.6′。

4.2 計劃參加者數量

每一批次參加者數量設定為：4～20個參加者。

每一批次參加者數量應至少滿足4家，才能實施本次計劃；參加者報名數量超過20家，主導實驗室將根據參加者以往能力驗證經歷，參加者報名資料，參加者地理位置等方面的信息，只對20家參加者實施本次計劃。其他報名參加者自動作為下一批次能力驗證計劃的參加者。

能力驗證計劃路徑：本次互感器能力驗證計劃采用花瓣式路徑。物品穩定性沒有出現異常的情況下，能力驗證計劃始終使用同一個物品進行流轉。每次物品返回實驗室，實驗室都應進行一組（n=10次）穩定性考核，直到全部參加者試驗結束。

如圖1所示，整個花瓣流轉計劃中，物品第一次離開實驗室和最后一次返回實驗室物品穩定性考核的兩次數據，作為當次能力驗證計劃物品短期穩定性結果的依據。

圖1 花瓣流轉計劃

5 物品描述

5.1 物品基本參數

例如：測量范圍為（0～10）kV；指定級別為0.1級。額定二次負荷為5 VA；額定功率因數為0.8；額定頻率為50 Hz。

5.2 物品基本特性

物品為單安匝無補償單級電壓互感器，設計結構簡單可靠。外觀結構與參加者日常工作試驗設備相似，標識和線路連接方式也一致。一般情況下具備試驗能力的參加者不須要再經過額外的培訓，可以按照日常校準工作的流程及本次計劃作業指導書獨立完成試驗。

物品為主導實驗室預先制備并經過長期穩定性考核，在計劃前從主導實驗室物品庫中隨機提取計劃通知中規定參數的某個物品。

同時配置相同參數的備用物品。

物品在設計階段充分考慮了對參加者測量系統整體能力評價的信息，物品在實際誤差，二次負荷變化影響等方面“靈敏度”更高，更能有效地反映參加者的測量系統中不同方面的影響。

5.3 物品指定值

物品指定值采用“參考值法”，物品在上一級計量標準進行量傳。

5.4 物品穩定性

物品穩定性分為長期穩定性和短期穩定性。

長期穩定性：在實驗室按照規定的存儲條件下保存物品的穩定性。

短期穩定性：開展能力驗證活動中，在規定的運輸條件下運輸物品的穩定性。

通過長期穩定性考核的物品才能成為主導實驗室物品庫中的正式物品。

基于穩定性評估結果可能有利于所有參加者，主導實驗室在電壓互感器能力驗證計劃中將物品穩定性量化，引入物品短期穩定性。

抽取的物品首先通過長期穩定性考核才能成為本次計劃物品對參加者發放。

能力驗證計劃中將使用短期穩定性量化結果參與能力評價：實驗室開展能力驗證計劃后，物品離開實驗室和計劃結束后物品返回實驗室，分別進行兩組測量，每組測量10次。

一個批次的能力驗證，正常情況下只會使用同一個編號的物品。同一個批次的所有參加者最后能力評價依據的指定值來自同一個指定級別同一個編號的物品。

考慮到減少運輸的影響，物品定制特殊的防震箱并進行專車專人運輸。

物品傳遞發生不可預計的事故，導致物品無法繼續傳遞時，主導實驗室將保證已經完成試驗工作的參加者的能力評定，和未完成工作參加者的繼續進行計劃。主導實驗室通過物品穩定性和已完成“現場記錄報告單”判斷已完成工作的參加者是否可以進行能力評定，可以進行能力評定的參加者不再進行新物品校準工作。不能進行能力評定的已完成參加者和還未進行校準工作的參加者，主導實驗室統一重新計劃，再次分發新物品完成能力驗證計劃。由于物品改變，最終能力評定分為校準不同物品的參加者的分組能力評定，不會將原有計劃的所有參加者按一組評定[5]。

6 校準方法

一般情況下參加者（國內）都應按照JJG 314—2010《測量用電壓互感器》中規定的檢定線路對物品進行測量。根據參加者使用的標準器不同，測量線路可能包括，如圖2～5所示[6]。

圖2 電壓互感器比較法檢定線路（高電位端測量誤差）

參加者應按照這些規定的試驗線路進行試驗，這些線路是規程規定的試驗線路，可以保證參加者參加能力驗證的一致性，對參加者最后的能力評價是有益的。

圖3 電壓互感器比較法檢定線路（低電位端測量誤差）

圖4 感應分壓器作標準器的線路（高電位端測量誤差）

圖5 感應分壓器作標準器的線路（低電位端測量誤差）

7 能力驗證計劃安排

發布通知，公布能力驗證計劃，能力驗證計劃目錄和報名表。

主導實驗室進行物品穩定性核查，滿足要求后（本次計劃開始后物品首次離開實驗室前）進行前指定值確認，時間1天。

主導實驗室根據參加者數量規劃實際花瓣路徑，互感器物品比較笨重，考慮到實際運輸可能對物品造成影響，一般采用專車運輸。一個花瓣不宜超過5家，時間大致在15～20天。

物品在參加實驗室試驗時間一般為一個工作日，參加實驗室在比對試驗結束后應將現場原始數據記錄原件交主導實驗室封存。

同一個批次中每個花瓣物品返回主導實驗室進行短期穩定性考核，時間1天。

這個批次計劃結束后，物品最后一次返回主導實驗室，進行最終的短期穩定性考核，時間1天。

所有參加實驗室應在完成自實驗室現場校準工作后7個工作日內提交當次計劃規定的文件，提交的文件郵寄到主導實驗室，并同時提交上述文件的電子版本（使用電子郵件方式）。

主導實驗室根據參加者提交的資料，進行整理匯總分析和統計處理，并進行最后的能力評價，在60個工作日內完成能力驗證報告。

8 數據處理和統計分析

8.1 能力統計量

校準能力驗證計劃常采用E n值，本項目能力驗證計劃采用E n值作為能力驗證統計量。

丁香酚微乳(pH=7.0)及海藻酸鈉修飾丁香酚微乳(pH=4.5)中加入不同濃度的氯化鈉溶液，使其離子濃度最終達到0，250，500 mmol·L-1，再分別用相同離子強度的氯化鈉溶液稀釋100倍，測定其粒徑分布。

物品必然存在不穩定性，實驗室可以通過穩定性評估，將物品穩定性量化，量化結果使用在能力統計量的計算中對參加者更為有利，互感器能力驗證采用帶有穩定性量化結果的En值作為能力統計量：

式中：XLAB為參加者的結果；XREF為指定值；ULAB為參加者結果的測量不確定度；UREF為指定值的測量不確定度；USTA為物品穩定性引起的測量不確定度；ULAB、UREF和USTA的包含因子均為2。

注：差值XLAB-XREF也稱為“實驗室偏倚的估計值”；也稱為“實驗室偏倚的估計值的不確定度；穩定性量化結果按照極差計算。

8.2 能力評定[4-5]

能力評定判定準則：當│E n│≤1，比對結果滿意；當│E n│＞1，比對結果不滿意。

注：某些參加者的結果雖為不滿意結果，但可能仍標準規定的允差范圍之內，所以判定結論使用“滿意/不滿意”。

將每一個參加者的實驗室偏倚估計值即和偏倚估計值的不確定度用圖形表示。

9 計劃結果的公布范圍

主導實驗室在完成數據統計和能力評定后，將編制能力驗證報告。

能力驗證報告應清晰、全面，包含所有參加者結果的資料，并指出每個參加者的能力。

9.1 能力驗證報告應包括以下內容

提供者的名稱和詳細聯系信息；

協調者的姓名和詳細聯系信息；

報告批準人的姓名、職位、簽名或等效標識；

報告發布日期和狀態（如初期的、中期的或最終的）；

報告的頁碼和清晰的結束標記；能力驗證計劃報告的編號和清晰標識；

對能力驗證物品的清晰描述；

參加者的結果；

統計數據及總計統計量，包括指定值、可接受結果的范圍和圖形表示；

指定值的計量溯源性和測量不確定度的詳細信息；

用于確定能力評定標準差或其他評定準則的程序；

對應每組參加者使用的方法/程序的指定值和總計統計量（如果不同組的參加者使用了不同的方法或不同組的參加者使用了不同級別的物品）；

能力驗證提供者和技術顧問對參加者的能力評述；

能力驗證計劃設計和實施的信息；

對統計分析解釋的建議；

基于本輪能力驗證結果的評述或建議。

9.2 能力驗證報告公布范圍

參加實驗室；

相關國家主管部門；

有需要的認可/評審機構。

9.3 結果的保密性[4-5]

除非參加者宣布放棄保密，否則應對能力驗證計劃參加者的身份保密；

其身份僅為參與能力驗證計劃運作的相關人員所知。

參加者向能力驗證提供者提供的所有信息都應視為保密信息。

注：參加者可以選擇在能力驗證計劃范圍內放棄保密，以便能夠互相交流和幫助，例如為了提高能力。出于管理或認可的目的，參加者也可以放棄保密。在大多數情況下，參加者可以自己向相關權威機構提供能力驗證結果。

主導實驗室對每個參加者提供能力驗證報告，報告中只有參加者代碼，并不包含參加者其他信息，每個參加者的信息相互之間是相對保密的。

若某個利益相關方要求能力驗證提供者直接向其提供能力驗證結果，應將該安排在計劃開始前告知參加者。

例外情況下，若管理機構要求能力驗證提供者直接向其提供能力驗證結果，提供者應書面通知受影響的參加者。

10 結論

能力驗證項目的設計是能力驗證項目最為重要的一環，沒有好的設計，能力驗證活動無法達到組織者的預期。策劃能力驗證計劃時，應盡可能全面地考慮到計劃方案實施過程中可能遇到的問題，結合參加者的需求，選擇切實可行的方案，以至于可以順利按計劃開展能力驗證活動。