周亞群 張 鋼 章春香 劉 歡 王志浩

（西安熱工研究院有限公司，西安 710054）

0 引言

國內(nèi)現(xiàn)有檢定規(guī)程對電能表的檢定均在實驗室標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行，但在實際的電力系統(tǒng)中，存在著各種干擾信號，如電力諧波和間諧波電壓、電流畸變、電網(wǎng)電壓基波分量頻率和幅值的隨機(jī)波動、過電壓、電壓跌落、電壓突降等。由于傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)表法檢定電能表并不具備相應(yīng)的干擾功能，不能很好地反映電能表在實際運行中的計量性能是否合格，因此，在實驗室條件下檢定合格的電能表未必能滿足在實際運行條件下的計量要求[1]。同時，在實際負(fù)荷運行中，運行方式的改變、接線的錯誤等都會造成計量的差錯[2]。歐盟規(guī)定，計量器具必須保證在實際運行環(huán)境中也能實現(xiàn)所設(shè)計的功能[3]，同時DL/T 448—2016《電能計量裝置技術(shù)管理規(guī)程》[4]規(guī)定，運行中的電能計量裝置應(yīng)定期進(jìn)行電能表現(xiàn)場檢驗，因此對電能表在實際運行條件下開展現(xiàn)場檢驗十分必要。

測量不確定度是用來描述測量結(jié)果不確定性的一個參數(shù)。由于測量不完善和人們的認(rèn)識不足，測量值具有分散性，即每次測得的結(jié)果不是同一值，而是以一定的概率分散在某個區(qū)域內(nèi)的許多個值。因此，測量不確定度已逐步成為評定測量質(zhì)量、確保測量合理可靠的重要手段。

1 電能表現(xiàn)場檢驗工作原理

電能表現(xiàn)場檢驗是指電能表在線檢驗時，將電能表現(xiàn)場校驗儀看作一臺準(zhǔn)確度等級高于被檢電能表且具有輔助功能的標(biāo)準(zhǔn)電能表，將標(biāo)準(zhǔn)電能表通過專用試驗端子接入與被檢電能表相同的電流回路、電壓回路，從被檢電能表的電流接線端子獲取電流信號，從其電壓接線端子獲取電壓信號，應(yīng)保證在檢驗過程中嚴(yán)禁電流回路開路、電壓回路短路。在標(biāo)準(zhǔn)電能表達(dá)到熱穩(wěn)定后，且在負(fù)荷相對穩(wěn)定的狀態(tài)下，讀取標(biāo)準(zhǔn)電能表在被檢表輸出低頻脈沖的同時輸出的高頻脈沖數(shù)，將其作為實測脈沖并與算定脈沖相比較，算得被檢電能表現(xiàn)場檢驗時的誤差?，F(xiàn)場檢驗時，推薦用光電轉(zhuǎn)換器采集被檢表的脈沖信號。圖1為電能表現(xiàn)場檢驗的工作原理示意圖。

圖1 電能表現(xiàn)場檢驗工作原理示意圖

在進(jìn)行電能表現(xiàn)場檢驗時，電流采樣可選取直接測量法和鉗表測量法兩種方法。直接測量法可獲取較準(zhǔn)確的電流值，但現(xiàn)場工作時存在一定的安全風(fēng)險，同時在電流連接線上產(chǎn)生的各種寄生耦合電感、引線電感等均會對測量結(jié)果有較大的影響。為便于現(xiàn)場操作、減少安全隱患，可采用鉗表測量法，在不斷開線路時，采用所攜帶的在線電能表現(xiàn)場校驗儀配備的高準(zhǔn)確度等級的鉗形電流表，從在線運行的被檢電能表的電流端子獲取電流信號，其計量原理是建立在電流互感器工作原理基礎(chǔ)上的，所以鉗表互感器鐵心閉合程度、剩磁情況及鉗表本身的準(zhǔn)確度等級等因素均會對測量結(jié)果有較大的影響。

2 測量不確定度評定

2.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類評定

標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類評定[5-7]是對測量進(jìn)行重復(fù)觀測，用統(tǒng)計分析方法獲得實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差s(yi)，通常用重復(fù)性測量條件下所得檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的分散性來定量地表示，即用單次檢定或校準(zhǔn)結(jié)果yi的實驗標(biāo)準(zhǔn)差s(yi)來表示。當(dāng)檢定或校準(zhǔn)結(jié)果由N次重復(fù)測量的平均值得到時，檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的重復(fù)性引入的不確定度分量為。

在重復(fù)性條件下，用計量標(biāo)準(zhǔn)對被測對象進(jìn)行n次獨立重復(fù)測量，若得到的測量值為yi（i=1, 2,…,n），則其重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差s(yi)為

被測量估計值的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA為

2.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類評定

標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類評定方法是根據(jù)有關(guān)信息或經(jīng)驗，判斷被測量的可能區(qū)間，假設(shè)測量值是概率分布，根據(jù)概率分布要求的概率p確定k，則B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB為

式中：a為被測量可能值區(qū)間的半寬度；k為包含 因子。

區(qū)間半寬度a一般根據(jù)以下信息確定：①以前測量的數(shù)據(jù)；②對有關(guān)技術(shù)資料和測量儀器特性的了解和經(jīng)驗；③生產(chǎn)廠提供的技術(shù)說明書；④校準(zhǔn)證書、檢定證書或其他文件提供的數(shù)據(jù)；⑤手冊或某些資料給出的參考數(shù)據(jù)；⑥檢定規(guī)程、校準(zhǔn)規(guī)范或測試標(biāo)準(zhǔn)中給出的數(shù)據(jù)。

2.3 測量不確定度評定數(shù)學(xué)模型

在進(jìn)行電能表現(xiàn)場檢驗測量誤差的測量不確定度B類評定時，本文僅考慮電能表現(xiàn)場校驗儀本身的影響，忽略現(xiàn)場溫度及接線方式和相位角識別錯誤引入的附加誤差等B類不確定度分量。電能表現(xiàn)場檢驗測量誤差的數(shù)學(xué)模型為

式中：e為電能表現(xiàn)場檢驗誤差值；x為電能表示值；x0為電能表現(xiàn)場校驗儀示值。

數(shù)學(xué)模型中各輸入量互不相關(guān)，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.4 示值誤差測量不確定度的符合性評定

依據(jù)計量檢定規(guī)程以外的技術(shù)規(guī)范對示值誤差進(jìn)行評定時，需對示值誤差是否符合最大允許誤差做符合性判斷，對評定得到的示值誤差進(jìn)行測量不確定度評定。不確定度是指與測量結(jié)果相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，用來表征合理地賦予被測量之間的分散性。在可保證重復(fù)性和復(fù)現(xiàn)性的狀態(tài)下得到的測試結(jié)果才用不確定度來表示。由于在進(jìn)行電能表現(xiàn)場檢驗時，實際負(fù)荷情況是實時變化的，故其他因素相同時，由于測量條件不同會有不同的不確定度，因此需考慮測量不確定度對示值誤差的影響。

在進(jìn)行符合性評定時，當(dāng)示值誤差的測量不確定度與被評定測量儀器的最大允許誤差的絕對值之比小于1/3時，無需考慮示值誤差的測量不確定度對符合性評定的影響，但當(dāng)示值誤差的測量不確定度與被評定測量儀器的最大允許誤差的絕對值之比大于1/3時，必須考慮示值誤差的測量不確定度對符合性評定的影響。若示值誤差小于最大允許誤差與擴(kuò)展不確定度之差時才可判斷合格；若示值誤差大于或等于最大允許誤差與擴(kuò)展不確定度之和時可判斷不合格；若示值誤差既不符合合格判定又不符合不合格判定時，需對準(zhǔn)確度等級更高的標(biāo)準(zhǔn)裝置通過增加測量次數(shù)或改善測量方法等來降低誤差的測量不確定度，然后重新進(jìn)行判定[8-10]。

3 電能表現(xiàn)場檢驗案例分析

選取科陸CL3121B 0.05級電能表現(xiàn)場校驗儀對有功0.5級三相四線式電能表進(jìn)行電能表現(xiàn)場檢驗，電能表現(xiàn)場校驗儀配備的鉗表等級為0.1級。被檢電能表參數(shù)見表1。

表1 被檢電能表參數(shù)

3.1 電能表現(xiàn)場檢驗誤差數(shù)據(jù)

實際運行工況：U=100V，I=0.5A，cosφ=0.89L。分別采用直接測量法、鉗表法進(jìn)行電能表現(xiàn)場檢驗，每種電流采樣方式均進(jìn)行十次測試，分別讀取不同電流采樣方式下被檢電能表現(xiàn)場檢驗時的誤差見表2。

表2 被檢電能表現(xiàn)場檢驗誤差

3.2 直接測量法測量不確定度評定

根據(jù)表2中誤差數(shù)據(jù)，采用貝塞爾公式（2）計算重復(fù)性引入的測量不確定度分量uA，得uA=0.073%。（算術(shù)平均值的實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差）。電能表現(xiàn)場校驗儀經(jīng)上級計量機(jī)構(gòu)量值傳遞合格，使用說明書中技術(shù)指標(biāo)有功電能測量直接測量，電流0.1～12A時，最大允許誤差e=±0.05%，則其半寬a=0.05%，在區(qū)間內(nèi)認(rèn)為服從均勻分布，包含因子，根據(jù)式（3） 得uB=a/k=0.029%。由式（5）得0.078%。擴(kuò)展不確定度=Kuc=0.163%（擴(kuò)展系數(shù)K=2）。

3.3 鉗表法測量不確定度評定

根據(jù)表2中誤差數(shù)據(jù)，采用貝塞爾公式（2）計算重復(fù)性引入的測量不確定度分量，得uA=0.181%。（算術(shù)平均值的實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差）。電能表現(xiàn)場校驗儀經(jīng)上級計量機(jī)構(gòu)量值傳遞合格，使用說明書中技術(shù)指標(biāo)有功電能測量鉗表測量，電流0.1～12A時，最大允許誤差e=±0.1%，則其半寬a=0.1%，在區(qū)間內(nèi)認(rèn)為服從均勻分布，包含因子，根據(jù)式（3） 得uB=a/k=0.058%。由式（5）得0.181%。擴(kuò)展不確定度=Kuc=0.362%（擴(kuò)展系數(shù)K=2）。

根據(jù)示值誤差是否符合最大允許誤差做符合性判斷，對評定得到的示值誤差進(jìn)行測量不確定度評定。0.5級電能表現(xiàn)場檢驗時直接測量法、鉗表測量法測量不確定度評定結(jié)果見表3。

表3 測量不確定度評定結(jié)果

4 結(jié)論

電能表現(xiàn)場檢驗方法在電能表實際運行下的電能計量性能評估中發(fā)揮著重要作用。使用電能表現(xiàn)場校驗儀進(jìn)行電能表實負(fù)荷測試時，不同的電流采樣方式對測量結(jié)果產(chǎn)生不同的影響。對于0.5（S）級電能表，直接測量時，擴(kuò)展不確定度小于1/3最大允許誤差，電能表實負(fù)荷測試時電能表誤差值無需考慮測量不確定度的影響。但采用鉗形表測量時，由于擴(kuò)展不確定度大于1/3最大允許誤差，電能表實負(fù)荷測試時電能表誤差值應(yīng)考慮測量不確定度的影響。建議進(jìn)行電能表實負(fù)荷校驗時，電流采樣優(yōu)先采用直接測量法。