魏曉英，邸變連

（1.國網(wǎng)山西省電力公司計量中心，山西 太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001）

標(biāo)準(zhǔn)電能表示值誤差校準(zhǔn)結(jié)果分析

魏曉英1，邸變連2

（1.國網(wǎng)山西省電力公司計量中心，山西 太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001）

使用三相標(biāo)準(zhǔn)功率電能表及三相電能表檢定裝置對0.01級電子式三相電能表及電子式單相電能基本誤差進(jìn)行測量，通過直接測量的方法，分析了各項誤差的來源，對電子式三相電能表及電子式單相電能表基本誤差測量不確定度進(jìn)行評定。

標(biāo)準(zhǔn)電能表；不確定度；合成計算

0 前言

山西省電力公司計量中心標(biāo)準(zhǔn)實驗室參加了由中國合格評定國家認(rèn)可委員會授權(quán)國網(wǎng)計量中心實施的CNASM0051“標(biāo)準(zhǔn)電能表校準(zhǔn)”能力驗證活動，其中，要求參比實驗室提供合理準(zhǔn)確的不確定度，通過對電子式標(biāo)準(zhǔn)電能表在規(guī)定的測試點進(jìn)行校準(zhǔn)，對電子式標(biāo)準(zhǔn)電能表示值誤差的校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行不確定度的評定，從而考核了參加實驗室對標(biāo)準(zhǔn)電能表的校準(zhǔn)能力。

1 校準(zhǔn)方法及內(nèi)容

校準(zhǔn)依據(jù)：JJG1085—2013《標(biāo)準(zhǔn)電能表》檢定規(guī)程。

環(huán)境條件：溫度(20±1)℃，相對濕度45%～65%。

被校對象：COM3003型0.01級電子式三相電能表。

RD22型0.01級電子式單相電能表。

校準(zhǔn)所使用的標(biāo)準(zhǔn)與主要配套儀器設(shè)備及其相關(guān)技術(shù)指標(biāo)（采用的標(biāo)準(zhǔn)和配套儀器設(shè)備均經(jīng)檢定/校準(zhǔn)合格）。

三相標(biāo)準(zhǔn)功率電能表型號為：RD33-233；編號為300508；準(zhǔn)確度等級為：0.01%；校準(zhǔn)證書編號為：SGCM011020120046；用于電能校準(zhǔn)。

三相電能表檢定裝置型號DZ603-Ⅲ；規(guī)格3×(60-380)V，3×(0.005-100)A；校準(zhǔn)證書編號為：DLdr2011-0090。

2 校準(zhǔn)方法及過程

2.1 校準(zhǔn)過程

被校樣品到達(dá)實驗室后接通電源進(jìn)行預(yù)熱，在檢定規(guī)程規(guī)定的溫度、相對濕度條件下，預(yù)熱4 h。依據(jù)JJG1085—2013《標(biāo)準(zhǔn)電能表》檢定規(guī)程，校準(zhǔn)方法采用標(biāo)準(zhǔn)表法，即：將標(biāo)準(zhǔn)電能表與被校準(zhǔn)電能表同時測定的電能值相比較，從而確定被校準(zhǔn)電能表的相對誤差。

2.2 校準(zhǔn)原理及評定結(jié)果的使用

校準(zhǔn)原理方框圖如圖1所示。評定結(jié)果的使用：符合JJG1085—2013《標(biāo)準(zhǔn)電能表》檢定規(guī)程規(guī)定的校準(zhǔn)結(jié)果，可依據(jù)JJF1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》，使用以下方法進(jìn)行測量不確定度的評定。本評定以3×220 V、3×5 A，功率因數(shù)為1.0、0.5 L、0.8C時為例。

3 測量模型

本次評定的測量模型為見式（1）。

圖1 校準(zhǔn)原理方框圖

式中：γ——被校準(zhǔn)電能表的相對誤差，%；

γ0——電能表檢定裝置測得的相對誤差，%；

Δγ——標(biāo)準(zhǔn)裝置的修正值，%。

4 測量模型中各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評定

測量不確定度一般由若干分量組成，每個分量用其概率分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差估計值表征，稱標(biāo)準(zhǔn)不確定度。用標(biāo)準(zhǔn)不確定度表示的各分量用ui表示。根據(jù)對Xi的一系列測的值Xi得到的實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差的方法為A類評定。在此校準(zhǔn)過程中，測量模型中輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（γ0），采用A類評定方法。在評定過程中為了增大評定的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的自由度，提高評定的可信程度，在對被校準(zhǔn)電能表進(jìn)行校準(zhǔn)時，進(jìn)行了多組校準(zhǔn)以獲得合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差Sp。

校準(zhǔn)所使用的檢定裝置的技術(shù)資料中未提供修正值，修正值引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（γ0）的來源為標(biāo)準(zhǔn)電能表檢定裝置的最大允許誤差，采用B類評定方法。由數(shù)據(jù)修約導(dǎo)致的不確定度通常假設(shè)為均勻分布，在對被校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)電能表相對誤差進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時會產(chǎn)生一個不確定度分量u(x)。

4.1 不確定度分量u（γ0）的評定

在重復(fù)條件下由被校電能表和標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)不重復(fù)引起的不確定度分量u（γ0），采用A類評定方法。A類不確定度分量u（γ0）可通過等精度條件下重復(fù)校準(zhǔn)給出。3×220V、3×5A，功率因數(shù)為1.0、0.5 L、0.8C時，對被校0.01級電能表在4個不同的時間段由4組檢定員在重復(fù)性條件下分別進(jìn)行10次校準(zhǔn)，分別得到4組校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，如表1、表2、表3所示。

應(yīng)用表1、表2、表3中所列公式可得到：

3×220 V、3×5 A功率因數(shù)為1.0時：

Sp=0.000 14%；

3×220 V、3×5 A功率因數(shù)為0.5 L時：

Sp=0.000 16%；

3×220 V、3×5 A功率因數(shù)為0.8C時：

Sp=0.000 14%。

由表1計算可得：

表1 3×220 V、3×5 A，cosφ=1.0時被校電能表相對誤差10次校準(zhǔn)值%

u（γ0）=Sp=0.000 14%，

自由度ν1=m(n-1)=4×(10-1)=36。

由表2計算可得：

u（γ0）=S（γ）=0.000 16%，

自由度ν1=m(n-1)=4×(10-1)=36。

由表3計算可得：

u（γ0）=S(γ)=0.000 14%，

自由度ν1=m(n-1)=4×(10-1)=36。

表2 3×220 V、3×5 A，cosφ=0.5 L時被校電能表相對誤差10次校準(zhǔn)值 %

表3 3×220 V、3×5 A，cosφ=0.8 C時被校電能表相對誤差10次校準(zhǔn)值%

4.2 不確定度分量u（Δγ）的評定

不確定度分量u(Δγ)來源于電能表標(biāo)準(zhǔn)裝置的最大允許誤差，標(biāo)準(zhǔn)電能表校準(zhǔn)過程中所使用的標(biāo)準(zhǔn)電能表檢定裝置是經(jīng)上一級法定計量檢定機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)來保證其溯源性，經(jīng)過質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門進(jìn)行計量標(biāo)準(zhǔn)考核認(rèn)證。依據(jù)JJG597—2005《交流電能表檢定裝置檢定規(guī)程》、JJG1085—2013《標(biāo)準(zhǔn)電能表》檢定規(guī)程，在校準(zhǔn)過程中標(biāo)準(zhǔn)電能表檢定裝置的實際誤差一般不會超過裝置的最大允許誤差。6如表4所示。按檢定規(guī)程規(guī)定的該等級的最大允許誤差得到對應(yīng)區(qū)間的半寬度，所以電能表檢定裝置的最大允許誤差可以作為分布區(qū)間半寬的信息來源，即分散區(qū)間的半寬為0.01%，而此區(qū)間可以認(rèn)為其服從正態(tài)分布，k值為3，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

u(Δγ)=0.01%/3，

u(Δγ)的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

Δu(Δγ)/u(Δγ)=0.1。

查JJF1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》中的表，可得到B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度的自由度為：ν2=50。

4.3 數(shù)據(jù)處理導(dǎo)致的不確定度分量u(x)的評定

上一級法定計量檢定機(jī)構(gòu)對電能表標(biāo)準(zhǔn)裝置出具校準(zhǔn)證書，證書中提供的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)是經(jīng)過數(shù)據(jù)修約的，所以數(shù)據(jù)修約也是測量不確定度的來源。依據(jù)相關(guān)計量技術(shù)規(guī)范，由數(shù)據(jù)修約導(dǎo)致的不確定度，通常假設(shè)為均勻分布。本次校準(zhǔn)過程中電能表標(biāo)準(zhǔn)裝置的等級為0.01級，上一級法定計量檢定機(jī)構(gòu)提供的校準(zhǔn)證書中的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)修約間隔為0.001%，那么被測量可能值區(qū)間的半寬度為0.0005%，因為由此導(dǎo)致的測量不確定度服從均勻分布，則，那么由數(shù)據(jù)修約導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u(x)=0.000 5%。

表4 電能表檢定裝置允許的測量誤差

u(x)的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：Δu(x)/u(x)=0。

查JJF1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》中的表，可得到B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度的自由度為：ν3=∞。

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定度評定

靈敏系數(shù)的計算：c1=γ/γ0=1，c2=γ/Δγ=1。

在對被校準(zhǔn)電能表校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)修約時，由此導(dǎo)致的不確定度分量的靈敏系數(shù)為1。各不確定度分量匯總及計算如表5、表6、表7所示。

表5 3×220 V、3×5 A，cosφ=1.0各相對不確定度分量匯總及計算

由表 5計算可得：urel=0.003 35%，υeff=51，U95rel=0.006 73%，k95=2.01。

表6 3×220 V、3×5 A，cosφ=0.5 L各相對不確定度分量匯總及計算

由表 6計算可得：urel=0.003 35%，υeff=51，U95rel=0.006 73%，k95=2.01。

表7 3×220 V、3×5 A，cosφ=0.8 C各相對不確定度分量匯總及計算

由表 7計算可得：urel=0.003 35%，υeff=51，U95rel=0.006 73%，k95=2.01。

當(dāng)各輸入量間彼此均不相關(guān)時，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計算公式為：

有效自由度的計算公式為：

中國合格評定國家認(rèn)可委員會對測量不確定度的要求中規(guī)定：一般情況下，校準(zhǔn)和測量能力CMC（Calibration and Measurement Capability） 應(yīng)該用包含概率約為95%的擴(kuò)展不確定度表示。

正態(tài)分布概率p=0.95，由υeff=56，查t分布臨界值表得到k95=t95（υeff）。多數(shù)情況下取p=0.95。當(dāng)υeff＞20時，可以認(rèn)為k95=t95（υeff）=t95(50)=2。

6 不確定度的報告

利用表1、表2、表3和表5、表6、表7，對0.01級COM3003電能表三相四線220 V、5 A時誤差校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度進(jìn)行評定，得到如下校準(zhǔn)不確定度報告，如表8所示。

表8 不確定度報告

其余各測試點誤差校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度均采用上述方法進(jìn)行，得到的結(jié)果如表9、表10、表11、表12、表13、表14所示。

表9 COM3003 A相220 V、5 A

表10 COM 3003三相四線57.7 V、1 A

表11 COM 3003三相三線相 100 V、5 A

表12 COM 3003 A相100 V、5 A

表13 RD22單相 220 V、5 A

表14 RD22單相100 V、5 A

7 結(jié)論

山西省電力公司計量中心標(biāo)準(zhǔn)實驗室參加了CNASM0051“標(biāo)準(zhǔn)電能表校準(zhǔn)”能力驗證活動，通過對標(biāo)準(zhǔn)電能表示值誤差校準(zhǔn)結(jié)果分析，測量不確定度滿足此計劃要求，表明標(biāo)準(zhǔn)實驗室具備標(biāo)準(zhǔn)電能表校準(zhǔn)的能力。

Calibration Result Analysis of Standard W att-hour M eter Indication Error

WEIXiaoying1，DIBianlian2
（1.State Grid M etering Center of SEPC，Taiyuan，Shanxi 030001，China；2.State Grid Shanxi Electric Power Corporation，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

the errors of 0.01-class electronic three-phase watt-meter and electronic single-phase watt-meter weremeasured by using standard three-phase watt-hourmeter and the verification device of three-phase watt-hourmeter.The causes of the errorswere analysed and themeasurementuncertaintywasassessed.

standard watt-hourmeter;uncertainty；

TM933.4

A

1671-0320（2015）04-0018-05

2015-04-29，

2015-06-15

魏曉英（1966），女，陜西咸陽人，2008年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，工程師，從事電能計量工作;

邸變連（1979），女，山西呂梁人，2010年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)自動化專業(yè)，碩士，工程師，從事電能計量工作。