王秋圓

摘 要：在智能電網(wǎng)發(fā)展過程中，儀表是系統(tǒng)檢測和監(jiān)測的核心，其測量精度與系統(tǒng)運(yùn)行各個(gè)環(huán)節(jié)密切相關(guān)。文章介紹了儀表常見誤差的表示方法，對(duì)儀表的常見測量誤差進(jìn)行了分類，并就誤差起因進(jìn)行深入的分析和研究，以期提升測量儀表的使用水平，推動(dòng)電網(wǎng)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：儀表；測量精度；誤差；原因分析

中圖分類號(hào)：TM933 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）05-0060-02

2009年，我國提出建設(shè)健全智能電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略，智能電網(wǎng)具有安全、智能、高效的特點(diǎn)，智能量測技術(shù)在電網(wǎng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。電力系統(tǒng)內(nèi)存在包括電能表、電流表、電壓表等大量的測量表計(jì)，其測量精度對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定有重要影響，在此背景下，熟悉電力系統(tǒng)內(nèi)常見測量儀表的誤差，并結(jié)合誤差成因進(jìn)行深入的分析和研究，具有重要意義。

1 儀表常見誤差的表示方法

儀表的誤差指的是指示值與測量實(shí)際值之間的誤差，儀表的誤差越小，其測量精度就越高。例如，準(zhǔn)確度為0.5級(jí)的儀表，其最大允許誤差為±0.5%，測量的精度能夠精確到實(shí)際值的±0.5%以內(nèi)。電工儀表的常見準(zhǔn)確度等級(jí)與基本的測量誤差之間的關(guān)系見表1。

在實(shí)際工作中，儀表的誤差表示有以下三種方法。

1.1 絕對(duì)誤差

絕對(duì)誤差指的是儀表的指示值與真實(shí)值之間的差值，絕對(duì)誤差有正負(fù)之分，量綱與被測量相同。其計(jì)算公式為：

？駐絕對(duì)=A示-A真（1）

其中：

A示為儀表的指示值；

A真為測量的真實(shí)值。

例如，某電流表的指示值為4.95 A，而實(shí)際值為4.98 A，則其絕對(duì)誤差為-0.03 A。

1.2 相對(duì)誤差

相對(duì)誤差是駐絕對(duì)誤差與被測量值A(chǔ)真之間的比值，相對(duì)誤差通常使用百分?jǐn)?shù)來表示，不具有量綱。其計(jì)算公式為：

與絕對(duì)誤差相比，相對(duì)誤差不僅能夠表征測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，也可以用于不同測量方法的比較。

例如，在測量真實(shí)值為60 A的電流時(shí)，得到的？駐1絕對(duì)為“+0.3 A”；在測量真實(shí)值為20 A的電流時(shí)，得到的？駐2絕對(duì)為“+0.2 A”，此時(shí)，僅從絕對(duì)誤差大小的比較來講，？駐1絕對(duì)>？駐2絕對(duì)，但是顯然不能因此認(rèn)為第二種測試結(jié)果比一種精確，根據(jù)相對(duì)誤差的計(jì)算：

？駐1相對(duì)=？駐1絕對(duì)/60=0.3/60=0.5%，

而？駐2相對(duì)=？駐2絕對(duì)/40=0.2/20=1%，

由于？駐1相對(duì)<？駐2相對(duì)，則第一種測試結(jié)果更加精確。故此，電力工程中常用相對(duì)誤差來進(jìn)行測量結(jié)果的比較。

1.3 引用誤差

引用誤差是為了說明儀表自身準(zhǔn)確性能而引入的，根據(jù)上文分析，相對(duì)誤差雖然可以對(duì)比出不同測量結(jié)果之間的準(zhǔn)確程度，但對(duì)同一個(gè)儀表來說，來測量不同的待測值時(shí)，儀表的指示值A(chǔ)示不停的發(fā)生變化，對(duì)于同一個(gè)儀表來說，根據(jù)

來計(jì)算時(shí)，不同的待測值就對(duì)應(yīng)了不同的相對(duì)誤差，因此，相對(duì)誤差就難以表征儀表的準(zhǔn)確性能。由此引入引用誤差的概念。

引用誤差是指絕對(duì)誤差與自身測量滿刻度值之間的比值，計(jì)算公式為：

其中，A上限是指儀表測量上限。引用誤差其實(shí)是測量上限所對(duì)應(yīng)的相對(duì)誤差。由于儀表的測量滿刻度值是一個(gè)常數(shù)，絕對(duì)誤差也大致不變，因此，引用誤差能夠較好的反映出儀表的特性。

2 儀表的常見測量誤差分類

電力系統(tǒng)內(nèi)存在大量的保護(hù)和測量儀表，如功率表、歐姆表、電能表、電壓表、電流表等，通過這些測量表計(jì)測量和計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)的模擬量，這些數(shù)據(jù)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行具有重要作用，與繼電保護(hù)裝置動(dòng)作、系統(tǒng)工況計(jì)算、用戶電費(fèi)收繳工作密切相關(guān)，影響到電力系統(tǒng)的生產(chǎn)、營銷、調(diào)度、規(guī)劃等各個(gè)環(huán)節(jié)。

在實(shí)際運(yùn)行中，受到各種干擾因素的影響，表計(jì)不可避免的存在一定的誤差，根據(jù)誤差產(chǎn)生的原因，可以將儀表的常見測量誤差分為以下幾種。

2.1 隨機(jī)誤差

隨機(jī)誤差是由于各類偶然性的不可控因素引起的誤差，其方向和大小均具有隨機(jī)性。在測試時(shí)，隨機(jī)誤差表現(xiàn)為：雖然測試的條件和方法完全相同，但個(gè)別數(shù)據(jù)的測量結(jié)果卻略有差異，多次重復(fù)測量的過程中，雖然有偶然性差異，但整體數(shù)據(jù)呈現(xiàn)對(duì)稱性，并服從高斯分布的統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律，隨機(jī)誤差的絕對(duì)值總在某一個(gè)限定值之內(nèi)。隨機(jī)誤差產(chǎn)生的原因是多方面的，包括外界溫度和濕度變化、電磁干擾、電源電壓變化等外界不確定因素。隨機(jī)誤差難以根本消除，單可以盡量避免，實(shí)際測量中可以適當(dāng)增加測量次數(shù)，或?qū)y量結(jié)果求平均值，來提升測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2 系統(tǒng)誤差

系統(tǒng)誤差是由測量時(shí)設(shè)備自身的不嚴(yán)密或系統(tǒng)存在不足等因素導(dǎo)致的，由于導(dǎo)致系統(tǒng)誤差的原因具有確定性，因此系統(tǒng)誤差的出現(xiàn)具有規(guī)律性，當(dāng)測試條件和方法保持不變時(shí)，重復(fù)測量出的數(shù)據(jù)總是會(huì)向某一個(gè)特定結(jié)果偏離。導(dǎo)致測量誤差的原因是多方面的，包括測量儀表自身誤差、測試方法不完善、外界環(huán)境影響等，由于測量時(shí)的系統(tǒng)誤差是由特定原因引起的，因此，只要找到引起測量誤差的準(zhǔn)確原因，結(jié)合正確的測量方法，如正負(fù)誤差補(bǔ)償法、替代法、校正值法等，就可校正甚至消除系統(tǒng)誤差。

2.3 疏失誤差

疏失誤差是由于人為原因?qū)е碌恼`差，測量的結(jié)果可能嚴(yán)重偏離實(shí)際結(jié)果。疏失誤差產(chǎn)生的原因主要是測試人員的疏忽造成的，可能是測試時(shí)錯(cuò)誤接線或數(shù)據(jù)記錄和計(jì)算錯(cuò)誤，與其工作經(jīng)驗(yàn)、專業(yè)素養(yǎng)、責(zé)任心有密切聯(lián)系，疏忽誤差出現(xiàn)的原因完全是人為引起的，因此，在實(shí)際工作中應(yīng)該不斷的對(duì)工作人員加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，提升職業(yè)素養(yǎng)，不斷優(yōu)化測量方案，以降低疏失誤差出現(xiàn)的概率。

3 儀表常見測量精度誤差的原因分析

3.1 儀表自身因素

3.1.1 量程選擇不當(dāng)

在實(shí)際測量中，為了確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要選擇合適的量程，一般測試時(shí)盡量使儀表指針處于滿刻度的后1/3段。目前，由儀表自身因素引起的精度誤差原因中，很大一部分是量程的影響，例如：某被測直流功率大概為1 740 W左右，A功率表參數(shù)為220 V/30 A/0.2級(jí)，B功率表參數(shù)為220 V/10 A/0.5級(jí)，A表的精度級(jí)別為0.2級(jí)，優(yōu)于B功率表的0.5級(jí)，因此很多測量人員會(huì)選擇A功率表，但實(shí)際上通過計(jì)算可得，對(duì)于目標(biāo)值1 740 W來說，A功率表的相對(duì)測量誤差為0.75%，而B功率表僅為0.5%，從降低誤差的角度出發(fā)，正確的選擇是B功率表。

3.1.2 儀表接觸不良

隨著儀表工作年限的增加，其自身的配換擋開關(guān)、電鍵按鈕等部件由于頻繁使用而不斷磨損和老化，當(dāng)達(dá)到一定的使用年限以后，可能會(huì)由于老化嚴(yán)重而達(dá)到使用壽命，導(dǎo)致儀表主回路接觸不良，儀表工作狀態(tài)不穩(wěn)定，測量值誤差增大。

3.2 周圍環(huán)境因素

儀表屬于精密元器件，內(nèi)部有各種半導(dǎo)體元件、功率放大元件、電路板等對(duì)環(huán)境因素敏感的元器件，一旦周圍環(huán)境因素變化過大，也有可能對(duì)儀表測量精度造成影響。

3.2.1 溫度因素

隨著天氣變化，儀表所處的外界溫度環(huán)境也不斷變化，對(duì)于一些熱敏元件造成影響。例如，一些熱敏電阻的阻值隨著溫度的變化而增減，遵循一定的溫度系數(shù)而呈規(guī)律性變化，如果溫度系數(shù)事先未知，儀表又未在標(biāo)準(zhǔn)條件（20 ℃）下使用，則就不能準(zhǔn)確確認(rèn)電阻值，測試結(jié)果就出現(xiàn)了誤差。

3.2.2 濕度因素

濕度也是影響儀表工作性能的重要條件，對(duì)儀表的影響主要體現(xiàn)在對(duì)電子元器件性能的影響，當(dāng)環(huán)境濕度持續(xù)過高時(shí)，儀表內(nèi)部金屬部分可能出現(xiàn)銹蝕和霉變，降低儀表絕緣性能，輕則引起儀表的接觸不良，重則引發(fā)安全事故。檔環(huán)境濕度持續(xù)過低時(shí)，可能因?yàn)殪o電感應(yīng)而在儀表上積累大量靜電，當(dāng)人與儀表接觸時(shí)，引發(fā)靜電放電而損壞儀表內(nèi)部元器件，引起測量誤差。

3.2.3 電磁干擾

儀表的工作和存儲(chǔ)環(huán)境周圍充滿大量電力元件，這些元件都是電磁輻射源，相互之間也不可避免的存在干擾，電磁干擾是影響測量儀表精度的最復(fù)雜因素，也是最難發(fā)現(xiàn)和避免的影響因素。

3.3 人為因素

人為因素引起的測量誤差主要為疏忽誤差，作為精密器件，大部分儀表的使用都需要專業(yè)人員來操作，因此人為因素也是造成儀表綜合誤差的重要來源。例如，對(duì)雙臂電橋的測量中，如果四個(gè)端子的接線順序出現(xiàn)錯(cuò)誤，不僅會(huì)增大測量誤差，還可能損壞測量儀表內(nèi)的電子元器件。另外，儀表量程選擇不科學(xué)、儀表接線接觸不良等，也可能引起測量誤差。

4 結(jié) 語

順應(yīng)智能電網(wǎng)背景下自動(dòng)化、智能化、自愈化的發(fā)展趨勢(shì)，在日常測量和使用過程中，我們應(yīng)該通過合理選用儀表、科學(xué)選擇精度等級(jí)和量程、規(guī)范儀表使用方法、采用金屬屏蔽等一系列措施，來消除測量精度誤差，以提升儀表的測量和使用水平，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行做出貢獻(xiàn)。

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