低壓電流互感器自動化檢定系統在線計量檢測

蔡文嘉， 唐登平， 李亮波， 郭 正， 李云峰

（1. 國網湖北省電力公司 計量中心， 武漢 430075； 2. 湖北省計量測試技術研究院 電學計量技術研究所， 武漢 430080）

低壓電流互感器[1]是國家強制性檢定的器具，在生產和驗收過程中，低壓電流互感器的檢定是必不可少的一個環節.人工手動檢定效率低，逐步被淘汰，自動化檢定系統在各省計量中心的推動下迅速發展起來[2-3].盡管自動化檢定系統提高了低壓電流互感器的檢定效率，但也產生了新的問題[4-6].當自動化檢定系統出現故障時，被檢的互感器將會出現大量的錯檢與誤檢，進而影響到電能貿易的公平公正.因此，需要對低壓電流互感器自動化檢定系統進行計量檢測，主要包括量值溯源和計量監督兩個部分.

自動化檢定系統傳統量值溯源是定期將自動化檢定系統的儀器拆卸下來送到法定計量檢定機構進行檢定，主要存在以下問題：1）自動化檢定系統體積大、結構復雜、不便拆卸和運輸；2）拆卸過程可能會影響流水線的穩定性和檢定的可靠性；3）儀器送檢周期長，檢定期間自動化檢定系統無法正常工作，影響生產任務.

傳統計量監督是人工實時地對自動化檢定系統進行監控，確保自動化檢定系統正常工作.主要存在以下問題：1）自動化檢定系統數量不斷增加，采用傳統人工檢定的方式效率低下，無法滿足生產的需求[7]；2）人工檢定存在一定的滯后性，無法及時反饋系統中出現的問題；3）自動化檢定系統結構復雜，涉及到機械、測控、光電信號處理等多個學科，人工檢定的方式無法保證系統的可靠性.

針對自動化檢定系統傳統計量檢測存在的問題，文章提出了一種低壓電流互感器自動化檢定系統在線計量檢測的方法，實現自動化檢定系統在線量值溯源和在線計量監督.

1 在線計量檢測研究

在線計量檢測是指在不影響工況的情況下進行計量檢測，現從在線量值溯源與在線計量監督兩個方面進行研究.

1.1 在線量值溯源研究

在線量值溯源主要從基本誤差、重復性、一致性、錯檢率及誤檢率5個方面進行溯源.

1.1.1 基本誤差的量值溯源

基本誤差的量值溯源參考JJF 1033-2016《計量標準考核規范》[8]附錄C中的傳值比較法.量值溯源期間，將傳遞標準分別在高等級計量標準的實驗室與計量中心的流水線上進行測試，實驗室和流水線上測量時的擴展不確定度分別記為Ulab與Uref，測量時誤差的均值分別為Ylab與Yref.在兩者包含因子近似相等的前提下，測量結果可評價為

（1）

Ylab與Yref包括比值差和相位差的均值，可以分別在實驗室與流水線上測試后，經過計算得到.Ulab和Uref的計算可以參考Q/GDW 11278-2014《計量用低壓電流互感器自動化檢定系統校準方法》[9]附錄C中的測量不確定度評定示例.

量值溯源期間，使用傳遞標準在主持實驗室建立傳遞標準數據庫和控制限；在參加實驗室建立傳遞標準數據庫.計算En值，若En<1，則參加實驗室基本誤差的量值溯源合格.若En>1，則判斷傳遞標準測試數據是否在主持實驗室的控制限范圍內，若在范圍內，則基本誤差溯源過程不合格；否則，認為傳遞標準損壞，需要更換備用傳遞標準重新進行基本誤差的量值溯源，其流程如圖1所示.

圖1 基本誤差的量值溯源流程Fig.1 Flow chart of measurement value traceability of basic errors

1.1.2 重復性的量值溯源

重復性的量值溯源參考JJG 1139-2017計量用低壓電流互感器自動化檢定系統檢定規程[10]中重復性的測量方法.量值溯源期間，使用一組傳遞標準在參與實驗室的流水線上重復測量并計算基本誤差.通過貝塞爾公式計算各個工位標準偏差作為各個工位的重復性，各個工位重復性的最大值即為倉位的重復性.若重復性小于0.2 S級電流互感器誤差限值的1/10，則認為重復性的量值溯源合格；否則，重復性的量值溯源不合格.

1.1.3 一致性的量值溯源

一致性的量值溯源參考JJG 1139-2017計量用低壓電流互感器自動化檢定系統檢定規程中一致性的測量方法.量值溯源期間，使用同一互感器在參與實驗室流水線的各個工位上進行重復測量并計算誤差均值.取各個工位誤差均值最大值與最小值的極差作為倉位的一致性，若一致性小于0.2 S級電流互感器誤差限制的1/5，則認為一致性的量值溯源合格；否則，一致性的量值溯源不合格.

1.1.4 誤檢率的量值溯源

誤檢率的量值溯源參考JJG 1139-2017計量用低壓電流互感器自動化檢定系統檢定規程中誤檢率的測量方法.量值溯源期間，準備m臺合格的傳遞標準在在線計量檢測系統上進行重復測量10次，總測量次數為10m，合格次數為a，則誤檢率可表示為

（2）

若誤檢率小于0.5%，則認為誤檢率的量值溯源合格；否則，誤檢率的量值溯源不合格.

1.1.5 錯檢率的量值溯源

錯檢率的量值溯源參考JJG 1139-2017計量用低壓電流互感器自動化檢定系統檢定規程中錯檢率的測量方法.量值溯源期間，取n臺不合格的傳遞標準在在線計量檢測系統上進行重復測量10次，總測量次數為10n，合格次數為b，則錯檢率可表示為

（3）

若錯檢率為0，則認為錯檢率的量值溯源合格；否則，錯檢率的量值溯源不合格.

1.2 在線計量監督研究

在線計量監督參考GBT4091-2001《常規控制圖》[11]中控制圖的繪制方法.根據互感器在不同時期測量的平均值和標準偏差，繪制成如圖2所示的控制圖.其中UCL、CL、LCL分別是控制上限、中心線和控制下限，當數據線在合格線之間波動表明當前的檢定工作狀態非常穩定，當數據線波動接近警戒線表明工作狀態變得不穩定，如果超過上下控制限則表明流水線出了問題.

圖2 計量監督控制Fig.2 Control of measurement supervision

UCL與LCL的值可以表示為

UCL=X0+Aσ0

（4）

LCL=X0-Aσ0

（5）

式中：X0為參加流水線測試的總均值；A為控制圖上n次測試結果對應的系數，可以查詢GBT4091-2001《常規控制圖》中的表2獲?。沪?為給定的標準值[12-15].

在UCL與LCL之間進行6等分，確定合格線和警戒線，建立計量監督的控制圖.在期間核查時，使用傳遞標準在流水線上進行測試，當測試數據在合格線內，則流水線正常工作；當測試數據超出合格線在警戒線內，則流水線存在安全隱患；當測試數據超出警戒線，則流水線出現故障，需要及時檢查.

2 應用與實例

本文以武漢電力科學研究院和武漢計量中心為例，研究低壓電流互感器自動化檢定系統在線計量檢測.開發出在線計量檢測系統，主要從在線量值溯源和在線計量監督兩個方面的應用進行表述.以規格為BL158H/170102的雙級電流互感器進行試驗，試驗參數如表1所示.通過長時間多次試驗采集數據，試驗檢定的第1組原始數據如表2所示.

表1 標準數據采集參數Tab.1 Acquisition parameters for standard data

表2 第1組試驗原始數據Tab.2 Original data of first group tests

2.1 在線量值溯源

武漢電力科學研究院校驗儀準確度等級為0.001級，武漢計量中心流水線校驗儀準確度等級為0.01級，傳遞標準準確度等級為0.05級.參考Q GDW 11278-2014《計量用低壓電流互感器自動化檢定系統校準方法》附錄C中的測量不確定度評定示例，計算得到電科院實驗室和計量中心流水線的擴展不確定度如表3所示.將傳遞標準分別在電科院實驗室與計量中心流水線上測試得到比值差和相位差的均值，并根據式（1）計算得到En值，結果如表4所示.由表4可以看出，在電科院實驗室和計量中心流水線測試En值均小于1，因此認為基本誤差的量值溯源合格.

表3 實驗室和計量中心流水線擴展不確定度Tab.3 Expanded uncertainty of laboratory and assembly line of measurement center

表4 實驗室和計量中心流水線測試均值Tab.4 Test mean values of laboratory and assembly line of measurement center

按照重復性的量值溯源方法，測量并計算得到電流互感器的誤差數據.測量工位重復性及誤差限值，結果如表5所示.由表5可以得出，計量中心流水線各個工位重復性均小于0.2 S級電流互感器誤差限值的1/10，因此認為重復性的量值溯源合格.根據不同點比值差和相位差的標準偏差，可以繪制出對應倉位柱形圖.

一致性、誤檢率、錯檢率的量值溯源與重復性的量值溯源類似，使用傳遞標準在計量中心流水線上測試誤差數據并保存到數據庫.在線計量檢測系統讀取并計算數據得到一致性、誤檢率、錯檢率的量值溯源結論，最后在前臺界面進行顯示.

表5 工位重復性及誤差限值Tab.5 Station repeatability and error limits

2.2 在線計量監督

在線計量監督需要對額定電流為1%、5%、20%、100%、120%下的比值差與相位差進行監督.每天分別在武漢電力科學研究院和武漢計量中心測試10組數據，一共測試5d，分別計算每天比值差與相位差的均值.控制限的上限和下限依據式（4）和式（5）得到，X0對應額定電流當天的總均值.A值參考GBT4091-2001《常規控制圖》中表2計量控制圖計算控制限的系數表，其中子組數為10，故A取0.494.σ0值參考JJG 313-2010《測量用電流互感器檢定規程》中表2特殊使用要求的電流互感器的誤差限制.武漢電科院與計量中心樣品準確度等級分別為0.05級和0.2級，σ0為允許誤差的1/5，故σ0的取值如表6所示.電科院實驗室計算得到5d比值差與相位差均值如表7所示.計量中心流水線測試5d的比值差與相位差如表8所示.

表6 σ0取值Tab.6 σ0 values

表7 實驗室測試數據均值Tab.7 Mean values of test data from laboratory

表8 計量中心流水線測試數據均值Tab.8 Mean values of test data from assembly line of measurement center

根據電科院實驗室與計量中心流水線比值差和相位差的計算數據，繪制出不同額定電流下比值差和相位差計量監督的控制圖，其控制限應用界面如圖3所示.核查期間，使用核查標準進行測試，可以直觀地判斷測試數據是否在控制限范圍內.

3 結 論

本文提出了一種低壓電流互感器自動化檢定系統在線計量檢測方法，利用傳遞標準和核查標準在主持實驗室與參加實驗室之間進行量值傳遞，從基本誤差、重復性、一致性、錯檢率、誤檢率5個方面進行量值溯源，通過休哈特控制圖檢測誤差，實現自動化檢定系統的在線量值溯源和在線計量監督.在某計量中心的應用表明，在線計量檢測可以避免流水線拆卸、運輸困難等問題，實現在不影響工況下的在線量值溯源，縮短量值溯源周期，實現在線、實時監督，節省人力物力成本.為自動化檢定系統在線計量檢測提供技術支持.

圖3 計量監督界面Fig.3 Measurement supervision interfaces