電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)建立及考核要求的探討

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司營(yíng)銷服務(wù)中心 梅益芹

電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的建立與考核是對(duì)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量能力的綜合評(píng)價(jià)，是對(duì)量值傳遞準(zhǔn)確性的確認(rèn)。而隨著國(guó)家取消計(jì)量檢定員證的行政審批，并入注冊(cè)計(jì)量師管理，電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)建立及考核也有了新的要求。為幫助電網(wǎng)企業(yè)更規(guī)范地建立電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，更有效地開展計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的日常運(yùn)行，筆者根據(jù)現(xiàn)實(shí)工作中典型案例，對(duì)電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)建立與考核中關(guān)鍵項(xiàng)目的考核要求及方法進(jìn)行探討。

1 電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)建立的前期準(zhǔn)備

企業(yè)申請(qǐng)新建電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)可從以下五個(gè)方面去開展前期準(zhǔn)備：配置計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器和配套設(shè)備，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器準(zhǔn)確度等級(jí)至少比擬開展檢定或校準(zhǔn)的項(xiàng)目高兩個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)；計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器和配套設(shè)備需進(jìn)行溯源，取得有效的檢定或校準(zhǔn)證書；新建電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)至少試運(yùn)行6個(gè)月，并對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性、檢定或校準(zhǔn)結(jié)果重復(fù)性等計(jì)量特性進(jìn)行考察；配置至少2名取過(guò)證的檢定或校準(zhǔn)人員，1名計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)負(fù)責(zé)人；建立電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的文件集。

2 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器和配套設(shè)備的溯源

計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器和配套設(shè)備應(yīng)進(jìn)行有效溯源和定期溯源。計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器應(yīng)送至法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)或縣級(jí)以上人民政府相關(guān)部門授權(quán)的計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)，主要配套設(shè)備應(yīng)經(jīng)過(guò)具備測(cè)量能力的計(jì)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)。

計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和配套設(shè)備的溯源時(shí)間應(yīng)連貫，不能有脫節(jié)現(xiàn)象，否則無(wú)法保證計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量性能的是否處于受控狀態(tài)。對(duì)于沒(méi)有定期溯源的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，我們應(yīng)當(dāng)按照新建計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，重新進(jìn)行計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性、檢定或校準(zhǔn)結(jié)果重復(fù)性等計(jì)量特性的考察[1]。

3 檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的重復(fù)性考核

3.1 重復(fù)性試驗(yàn)的方法

做重復(fù)性試驗(yàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意重復(fù)測(cè)量的條件即5個(gè)“相同”：相同的測(cè)量程序、相同的測(cè)量系統(tǒng)、相同的測(cè)量地點(diǎn)、相同的測(cè)量條件、相同的測(cè)量人員。檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的重復(fù)性一般用用單次檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s（yi）：

n為獨(dú)立重復(fù)測(cè)量的次數(shù)，一般不少于10次。

3.2 重復(fù)性試驗(yàn)的要求

對(duì)于申請(qǐng)新建的電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，重復(fù)性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)作為測(cè)量不確定度評(píng)定的一個(gè)分量。對(duì)于已經(jīng)建立的電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，每年至少開展一次重復(fù)性試驗(yàn)。將每次的重復(fù)性與新建標(biāo)時(shí)同一測(cè)量點(diǎn)的重復(fù)性作比較，若不大于新建標(biāo)時(shí)所測(cè)得的重復(fù)性，那么本次的檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的重復(fù)性合格；若大于新建標(biāo)時(shí)所測(cè)得的重復(fù)性，則應(yīng)當(dāng)用本次的重復(fù)性數(shù)據(jù)重新評(píng)定測(cè)量不確定度，所評(píng)定的不確定度符合開展檢定或校準(zhǔn)項(xiàng)目要求，那么所測(cè)得的重復(fù)性合格；若所評(píng)定的不確定度不符合開展檢定或校準(zhǔn)項(xiàng)目的要求，那么所測(cè)得的重復(fù)性試驗(yàn)不合格[2]。

4 電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性考核

4.1 穩(wěn)定性考核要求

計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量特性發(fā)生的變化量。申請(qǐng)新建的電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)經(jīng)過(guò)6個(gè)月以上的穩(wěn)定性考核；已建標(biāo)的電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，每年至少開展一次穩(wěn)定性考核。每次穩(wěn)定性考核所選用的核查標(biāo)準(zhǔn)必須相同且計(jì)量性能穩(wěn)定可靠，若計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)可以進(jìn)行多種參數(shù)的檢定或校準(zhǔn)，則需對(duì)各參數(shù)分別進(jìn)行穩(wěn)定性考核[3]。

4.2 穩(wěn)定性考核方法

申請(qǐng)新建的電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)與已建標(biāo)的電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，其穩(wěn)定性考核的具體做不同。

4.2.1 申請(qǐng)新建的電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)

應(yīng)每隔一段時(shí)間（超過(guò)1個(gè)月），對(duì)核查標(biāo)準(zhǔn)開展一組n次的重復(fù)測(cè)量，計(jì)算出算術(shù)平均值作為該組的測(cè)得值，一共需測(cè)量m組（不小于4組）。通過(guò)計(jì)算得到m組測(cè)得值中的最大值與最小值差，即為新建電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)在該時(shí)間段內(nèi)的穩(wěn)定性。

例如：某一計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)新建（0.2級(jí)）交流電流、電壓檢定裝置，采用核查標(biāo)準(zhǔn)法進(jìn)行穩(wěn)定性考核。具體做法：首先選擇常用量值點(diǎn)100V、5A，用一臺(tái)性能穩(wěn)定的交流電流、電壓表作為核查標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)一個(gè)半月，用（0.2級(jí)）交流電流、電壓檢定裝置對(duì)核查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一組10次的重復(fù)測(cè)量，共測(cè)量4組，其算術(shù)平均值分別為，電壓：100.012V、100.024V、100.010V、100.014V，電流：4.9986A、4.9983A、4.9990A、4.9991A。計(jì) 算 得 到（0.2級(jí)）交流電流、電壓檢定裝置的穩(wěn)定性為，電壓：100.024V-100.010V=0.014V，電 流：4.9991A-4.9983A=0.0008A。

4.2.2 已建標(biāo)的電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)

至少每年一次用電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)核查標(biāo)準(zhǔn)開展一組n次的重復(fù)測(cè)量，計(jì)算出算術(shù)平均值作為本次的測(cè)量值。計(jì)算出相鄰兩次的測(cè)量值的差即為該段時(shí)間內(nèi)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性。

例如：已建標(biāo)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)（0.01級(jí)）三相功率表標(biāo)準(zhǔn)裝置，用核查標(biāo)準(zhǔn)法進(jìn)行穩(wěn)定性考核。具體做法：選用一臺(tái)性能穩(wěn)定的三相功率表作為核查標(biāo)準(zhǔn)，在常用測(cè)量點(diǎn)：三相四線100V/5A，cosφ=1.0，用（0.01級(jí)）三相功率表標(biāo)準(zhǔn)裝置每年對(duì)三相功率表進(jìn)行一組10次的重復(fù)測(cè)量，計(jì)算得到算術(shù)平均值作為測(cè)量值，將相鄰兩次的測(cè)量值之差作為這段時(shí)間內(nèi)的穩(wěn)定性。測(cè)量數(shù)據(jù)如表1。

表1 測(cè)量數(shù)據(jù)

4.3 電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性判定方法

電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性小于該標(biāo)準(zhǔn)裝置的最大允許誤差的絕對(duì)值時(shí)，穩(wěn)定性合格。

5 檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的測(cè)量不確定評(píng)定

5.1 電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的測(cè)量不確定度評(píng)定

電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的測(cè)量不確定度評(píng)定包括被測(cè)量對(duì)象描述、測(cè)量模型分析、輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定，不確定度分量匯總、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度、報(bào)告擴(kuò)展不確定度等步驟。

5.2 測(cè)量不確定度的評(píng)定思路

下面以絕緣電阻表檢定裝置的測(cè)量不確定度評(píng)定方法為例，探討測(cè)量不確定度的評(píng)定思路。

5.2.1 測(cè)量方法

選用高阻箱作標(biāo)準(zhǔn)，采用整體法檢定絕緣電阻表的示值誤差。其測(cè)量方法示意框圖如下。

上圖，被檢表指示值為RX，高阻箱測(cè)量盤上電阻值R0，即可測(cè)得被檢絕緣電阻表的示值誤差。

5.2.2 數(shù)學(xué)模型

被檢絕緣電阻表的示值誤差表達(dá)式為：Δ=Rx-R0

式中：Δ—示值誤差，MΩ；Rx—被檢絕緣電阻表指示值，MΩ；R0—標(biāo)準(zhǔn)器高阻箱測(cè)得值，MΩ。

5.2.3 方差和靈敏系數(shù)

依照公式由數(shù)學(xué)模型可得合成方差：

式中靈敏系數(shù)：

5.2.4 不確定度分量的來(lái)源

由測(cè)量方法和數(shù)學(xué)模型可知，絕緣電阻表示值誤差的測(cè)量不確定度分量主要來(lái)源于：標(biāo)準(zhǔn)高阻箱、兆歐表不準(zhǔn)確所引入的不確定度分量；由于各種隨機(jī)因素影響使讀數(shù)不重復(fù)所引入的不確定度分量。

5.2.5 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定

5.2.5.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的A類評(píng)定

下面以GZX92型高阻箱為標(biāo)準(zhǔn)，檢定210150型數(shù)字式絕緣電阻表為例進(jìn)行分析。

由于各種隨機(jī)因素影響使讀數(shù)不重復(fù)所引入的不確定度分量u（RX）按A類評(píng)定。在1000V絕緣電阻為10MΩ、100MΩ進(jìn)行10次測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果如表2。

表2 10MΩ、100MΩ測(cè)量結(jié)果

測(cè)量次數(shù)n=10

由貝塞爾公式計(jì)算單次測(cè)量實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差

s（R1）=0.019MΩ相對(duì)值1.81×10-3

s（R2）=0.051MΩ相對(duì)值5.38×10-4

實(shí)際工作中常取一次讀數(shù)作為測(cè)量結(jié)果，故標(biāo) 準(zhǔn) 不 確 定 度 為：u1（RX）=1.81×10-3、u2（RX）=5.38×10-4。

其自由度Vi（RX）=n-1=9。

5.2.5.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的B類評(píng)定

由GZX92型型高阻箱不準(zhǔn)確所引入的不確定度分量u（R0）按B類評(píng)定。

根據(jù)使用手冊(cè)：

10MΩ最大允許誤差為：±0.5%，區(qū)間半寬a1=0.5%

100MΩ最大允許誤差為：±1%，區(qū)間半寬a2=1%

其自由度V（R0）→∞。

5.2.6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

表3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

10MΩ

100MΩ

5.2.7 擴(kuò)展不確定度

取k=2，計(jì)算擴(kuò)展不確定度：

U=kuc

U1=k1uc1=2×3.4×10-3=6.8×10-3

U2=k2uc2=2×5.8×10-3=1.2×10-2

5.2.8 報(bào)告測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度

由以上評(píng)定可知，選用GZX92高阻箱作標(biāo)準(zhǔn)，采用整體法校準(zhǔn)絕緣電阻表，其擴(kuò)展不確定度為：

（1-10）MΩ：U=6.8×10-3（k=2）

（10-100）MΩ：U=1.2×10-2（k=2）

綜上，電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范建立和正確維護(hù)是量值準(zhǔn)確傳遞的重要保障，各電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)按管理規(guī)范要求，加強(qiáng)電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)管理，規(guī)范電力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核，保證電力設(shè)備量值傳遞和溯源的準(zhǔn)確性，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和計(jì)量檢定管理提供準(zhǔn)確的檢定、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。