電壓互感器能力驗(yàn)證計(jì)劃方案設(shè)計(jì)

趙 威

（中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司，湖北 武漢 430074）

電壓互感器是我國(guó)電力系統(tǒng)廣泛使用的測(cè)量/計(jì)量用一次設(shè)備，是電磁測(cè)量或電能計(jì)量裝置的重要組成部分，電能計(jì)量的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到貿(mào)易結(jié)算的公正公平。

作為檢定和校準(zhǔn)電壓互感器的標(biāo)準(zhǔn)裝置包含了標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器、互感器校驗(yàn)儀、互感器負(fù)荷箱等主要儀器，通常使用在環(huán)境受控的實(shí)驗(yàn)室中。實(shí)驗(yàn)室使用電壓互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置，結(jié)合配置合理的交流電源和試驗(yàn)線路，在受控環(huán)境下對(duì)電壓互感器進(jìn)行檢定校準(zhǔn)。電壓互感器校準(zhǔn)能力驗(yàn)證計(jì)劃不僅可以證明參加者檢定校準(zhǔn)電壓互感器的能力，而且可以增加客戶(hù)對(duì)參加者的信心，同時(shí)表明參加者量值傳遞的統(tǒng)一性[1]。

能力驗(yàn)證（proficiency testing,PT）是利用實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)確定實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)/校準(zhǔn)能力或檢查機(jī)構(gòu)的檢測(cè)能力[2]。

CNAS將能力驗(yàn)證作為評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)能力的重要手段之一，與現(xiàn)場(chǎng)評(píng)審構(gòu)成了互為補(bǔ)充的兩種能力評(píng)價(jià)技術(shù)。通常實(shí)驗(yàn)室將能力驗(yàn)證用作有效的外部質(zhì)量保證活動(dòng)，并將其作為內(nèi)部質(zhì)量活動(dòng)的補(bǔ)充。

1 能力驗(yàn)證計(jì)劃特點(diǎn)

1.1 目的和意義[1]

評(píng)定參加者從事電流互感器校準(zhǔn)試驗(yàn)的能力及其項(xiàng)目的持續(xù)能力；識(shí)別參加者實(shí)驗(yàn)室存在的問(wèn)題，通過(guò)能力驗(yàn)證計(jì)劃來(lái)補(bǔ)充參加者內(nèi)部質(zhì)量監(jiān)控的不足；增加從事電流互感器項(xiàng)目的參加者之間橫向比較；識(shí)別參加者之間的差異；增加參加者客戶(hù)對(duì)參加者的信心；根據(jù)結(jié)果，幫助參加者提高能力；確認(rèn)聲稱(chēng)的不確定度；為國(guó)際比對(duì)工作奠定基礎(chǔ)。

1.2 防止串通或偽造結(jié)果的預(yù)警措施

明確規(guī)定在比對(duì)數(shù)據(jù)尚未正式公布之前，所有與比對(duì)相關(guān)的試驗(yàn)室和人員均應(yīng)對(duì)比對(duì)結(jié)果保密，不允許出現(xiàn)任何數(shù)據(jù)串通，不得泄露與比對(duì)結(jié)果有關(guān)的信息，以確保比對(duì)數(shù)據(jù)的公正性。

參比實(shí)驗(yàn)室違反職業(yè)道德，弄虛作假或者泄露機(jī)密的，能力驗(yàn)證結(jié)果視為不滿(mǎn)意。

2 確定工作小組成員

計(jì)劃總負(fù)責(zé)人/技術(shù)負(fù)責(zé)人、計(jì)劃質(zhì)量負(fù)責(zé)人、計(jì)劃協(xié)調(diào)者/計(jì)劃策劃人/報(bào)告簽發(fā)人、計(jì)劃技術(shù)專(zhuān)家/報(bào)告審核人、能力評(píng)價(jià)人員/統(tǒng)計(jì)人員/物品制備人員、計(jì)劃聯(lián)絡(luò)人。

3 參加本計(jì)劃應(yīng)滿(mǎn)足條件

3.1 獲得本計(jì)劃項(xiàng)目授權(quán)或認(rèn)可的機(jī)構(gòu)

具備參加計(jì)劃項(xiàng)目的計(jì)量授權(quán)和或CNAS認(rèn)可的機(jī)構(gòu)；具備參加計(jì)劃項(xiàng)目的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量系統(tǒng)；具備規(guī)定的固定的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境；具備項(xiàng)目要求的試驗(yàn)人員；具備出具校準(zhǔn)報(bào)告和進(jìn)行不確定度評(píng)定的能力。

注：具備這些條件的參加者應(yīng)是已經(jīng)在計(jì)劃項(xiàng)目上獲得認(rèn)可或授權(quán)的機(jī)構(gòu)，可以通過(guò)官方或公開(kāi)渠道獲得相關(guān)信息。參加者報(bào)名后，主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室將核實(shí)這些信息。

3.2 其他實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)

長(zhǎng)期或準(zhǔn)備開(kāi)展項(xiàng)目計(jì)劃項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)室；具備進(jìn)行試驗(yàn)的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量系統(tǒng)；具備規(guī)定的固定的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境；具備項(xiàng)目相關(guān)的試驗(yàn)人員；具備出具校準(zhǔn)報(bào)告和進(jìn)行不確定度評(píng)定的能力。

注：具備這些條件的參加者可能并未獲得認(rèn)可或準(zhǔn)備申請(qǐng)認(rèn)可，參加者報(bào)名后主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室將與參加者溝通，獲取這些信息。

4 參加者的類(lèi)型范圍和數(shù)量

4.1 本次計(jì)劃主要針對(duì)的參加者類(lèi)型[3]

例如：可以校準(zhǔn)0.1級(jí)電壓互感器的機(jī)構(gòu)；聲稱(chēng)的不確定度應(yīng)滿(mǎn)足或優(yōu)于：

20%UN比值誤差U f=0.0066%，相位誤差Uδ=3.3′；

100%UN比值誤差U f=0.0033%，相位誤差Uδ=1.6′。

4.2 計(jì)劃參加者數(shù)量

每一批次參加者數(shù)量設(shè)定為：4～20個(gè)參加者。

每一批次參加者數(shù)量應(yīng)至少滿(mǎn)足4家，才能實(shí)施本次計(jì)劃；參加者報(bào)名數(shù)量超過(guò)20家，主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室將根據(jù)參加者以往能力驗(yàn)證經(jīng)歷，參加者報(bào)名資料，參加者地理位置等方面的信息，只對(duì)20家參加者實(shí)施本次計(jì)劃。其他報(bào)名參加者自動(dòng)作為下一批次能力驗(yàn)證計(jì)劃的參加者。

能力驗(yàn)證計(jì)劃路徑：本次互感器能力驗(yàn)證計(jì)劃采用花瓣式路徑。物品穩(wěn)定性沒(méi)有出現(xiàn)異常的情況下，能力驗(yàn)證計(jì)劃始終使用同一個(gè)物品進(jìn)行流轉(zhuǎn)。每次物品返回實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室都應(yīng)進(jìn)行一組（n=10次）穩(wěn)定性考核，直到全部參加者試驗(yàn)結(jié)束。

如圖1所示，整個(gè)花瓣流轉(zhuǎn)計(jì)劃中，物品第一次離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室和最后一次返回實(shí)驗(yàn)室物品穩(wěn)定性考核的兩次數(shù)據(jù)，作為當(dāng)次能力驗(yàn)證計(jì)劃物品短期穩(wěn)定性結(jié)果的依據(jù)。

圖1 花瓣流轉(zhuǎn)計(jì)劃

5 物品描述

5.1 物品基本參數(shù)

例如：測(cè)量范圍為（0～10）kV；指定級(jí)別為0.1級(jí)。額定二次負(fù)荷為5 VA；額定功率因數(shù)為0.8；額定頻率為50 Hz。

5.2 物品基本特性

物品為單安匝無(wú)補(bǔ)償單級(jí)電壓互感器，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。外觀結(jié)構(gòu)與參加者日常工作試驗(yàn)設(shè)備相似，標(biāo)識(shí)和線路連接方式也一致。一般情況下具備試驗(yàn)?zāi)芰Φ膮⒓诱卟豁氁俳?jīng)過(guò)額外的培訓(xùn)，可以按照日常校準(zhǔn)工作的流程及本次計(jì)劃作業(yè)指導(dǎo)書(shū)獨(dú)立完成試驗(yàn)。

物品為主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室預(yù)先制備并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期穩(wěn)定性考核，在計(jì)劃前從主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室物品庫(kù)中隨機(jī)提取計(jì)劃通知中規(guī)定參數(shù)的某個(gè)物品。

同時(shí)配置相同參數(shù)的備用物品。

物品在設(shè)計(jì)階段充分考慮了對(duì)參加者測(cè)量系統(tǒng)整體能力評(píng)價(jià)的信息，物品在實(shí)際誤差，二次負(fù)荷變化影響等方面“靈敏度”更高，更能有效地反映參加者的測(cè)量系統(tǒng)中不同方面的影響。

5.3 物品指定值

物品指定值采用“參考值法”，物品在上一級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行量傳。

5.4 物品穩(wěn)定性

物品穩(wěn)定性分為長(zhǎng)期穩(wěn)定性和短期穩(wěn)定性。

長(zhǎng)期穩(wěn)定性：在實(shí)驗(yàn)室按照規(guī)定的存儲(chǔ)條件下保存物品的穩(wěn)定性。

短期穩(wěn)定性：開(kāi)展能力驗(yàn)證活動(dòng)中，在規(guī)定的運(yùn)輸條件下運(yùn)輸物品的穩(wěn)定性。

通過(guò)長(zhǎng)期穩(wěn)定性考核的物品才能成為主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室物品庫(kù)中的正式物品。

基于穩(wěn)定性評(píng)估結(jié)果可能有利于所有參加者，主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室在電壓互感器能力驗(yàn)證計(jì)劃中將物品穩(wěn)定性量化，引入物品短期穩(wěn)定性。

抽取的物品首先通過(guò)長(zhǎng)期穩(wěn)定性考核才能成為本次計(jì)劃物品對(duì)參加者發(fā)放。

能力驗(yàn)證計(jì)劃中將使用短期穩(wěn)定性量化結(jié)果參與能力評(píng)價(jià)：實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展能力驗(yàn)證計(jì)劃后，物品離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室和計(jì)劃結(jié)束后物品返回實(shí)驗(yàn)室，分別進(jìn)行兩組測(cè)量，每組測(cè)量10次。

一個(gè)批次的能力驗(yàn)證，正常情況下只會(huì)使用同一個(gè)編號(hào)的物品。同一個(gè)批次的所有參加者最后能力評(píng)價(jià)依據(jù)的指定值來(lái)自同一個(gè)指定級(jí)別同一個(gè)編號(hào)的物品。

考慮到減少運(yùn)輸?shù)挠绊?，物品定制特殊的防震箱并進(jìn)行專(zhuān)車(chē)專(zhuān)人運(yùn)輸。

物品傳遞發(fā)生不可預(yù)計(jì)的事故，導(dǎo)致物品無(wú)法繼續(xù)傳遞時(shí)，主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室將保證已經(jīng)完成試驗(yàn)工作的參加者的能力評(píng)定，和未完成工作參加者的繼續(xù)進(jìn)行計(jì)劃。主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)物品穩(wěn)定性和已完成“現(xiàn)場(chǎng)記錄報(bào)告單”判斷已完成工作的參加者是否可以進(jìn)行能力評(píng)定，可以進(jìn)行能力評(píng)定的參加者不再進(jìn)行新物品校準(zhǔn)工作。不能進(jìn)行能力評(píng)定的已完成參加者和還未進(jìn)行校準(zhǔn)工作的參加者，主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一重新計(jì)劃，再次分發(fā)新物品完成能力驗(yàn)證計(jì)劃。由于物品改變，最終能力評(píng)定分為校準(zhǔn)不同物品的參加者的分組能力評(píng)定，不會(huì)將原有計(jì)劃的所有參加者按一組評(píng)定[5]。

6 校準(zhǔn)方法

一般情況下參加者（國(guó)內(nèi)）都應(yīng)按照J(rèn)JG 314—2010《測(cè)量用電壓互感器》中規(guī)定的檢定線路對(duì)物品進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)參加者使用的標(biāo)準(zhǔn)器不同，測(cè)量線路可能包括，如圖2～5所示[6]。

圖2 電壓互感器比較法檢定線路（高電位端測(cè)量誤差）

參加者應(yīng)按照這些規(guī)定的試驗(yàn)線路進(jìn)行試驗(yàn)，這些線路是規(guī)程規(guī)定的試驗(yàn)線路，可以保證參加者參加能力驗(yàn)證的一致性，對(duì)參加者最后的能力評(píng)價(jià)是有益的。

圖3 電壓互感器比較法檢定線路（低電位端測(cè)量誤差）

圖4 感應(yīng)分壓器作標(biāo)準(zhǔn)器的線路（高電位端測(cè)量誤差）

圖5 感應(yīng)分壓器作標(biāo)準(zhǔn)器的線路（低電位端測(cè)量誤差）

7 能力驗(yàn)證計(jì)劃安排

發(fā)布通知，公布能力驗(yàn)證計(jì)劃，能力驗(yàn)證計(jì)劃目錄和報(bào)名表。

主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行物品穩(wěn)定性核查，滿(mǎn)足要求后（本次計(jì)劃開(kāi)始后物品首次離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室前）進(jìn)行前指定值確認(rèn)，時(shí)間1天。

主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室根據(jù)參加者數(shù)量規(guī)劃實(shí)際花瓣路徑，互感器物品比較笨重，考慮到實(shí)際運(yùn)輸可能對(duì)物品造成影響，一般采用專(zhuān)車(chē)運(yùn)輸。一個(gè)花瓣不宜超過(guò)5家，時(shí)間大致在15～20天。

物品在參加實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)時(shí)間一般為一個(gè)工作日，參加實(shí)驗(yàn)室在比對(duì)試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)將現(xiàn)場(chǎng)原始數(shù)據(jù)記錄原件交主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室封存。

同一個(gè)批次中每個(gè)花瓣物品返回主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行短期穩(wěn)定性考核，時(shí)間1天。

這個(gè)批次計(jì)劃結(jié)束后，物品最后一次返回主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行最終的短期穩(wěn)定性考核，時(shí)間1天。

所有參加實(shí)驗(yàn)室應(yīng)在完成自實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)工作后7個(gè)工作日內(nèi)提交當(dāng)次計(jì)劃規(guī)定的文件，提交的文件郵寄到主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室，并同時(shí)提交上述文件的電子版本（使用電子郵件方式）。

主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室根據(jù)參加者提交的資料，進(jìn)行整理匯總分析和統(tǒng)計(jì)處理，并進(jìn)行最后的能力評(píng)價(jià)，在60個(gè)工作日內(nèi)完成能力驗(yàn)證報(bào)告。

8 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析

8.1 能力統(tǒng)計(jì)量

校準(zhǔn)能力驗(yàn)證計(jì)劃常采用E n值，本項(xiàng)目能力驗(yàn)證計(jì)劃采用E n值作為能力驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)量。

丁香酚微乳(pH=7.0)及海藻酸鈉修飾丁香酚微乳(pH=4.5)中加入不同濃度的氯化鈉溶液，使其離子濃度最終達(dá)到0，250，500 mmol·L-1，再分別用相同離子強(qiáng)度的氯化鈉溶液稀釋100倍，測(cè)定其粒徑分布。

物品必然存在不穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)室可以通過(guò)穩(wěn)定性評(píng)估，將物品穩(wěn)定性量化，量化結(jié)果使用在能力統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算中對(duì)參加者更為有利，互感器能力驗(yàn)證采用帶有穩(wěn)定性量化結(jié)果的En值作為能力統(tǒng)計(jì)量：

式中：XLAB為參加者的結(jié)果；XREF為指定值；ULAB為參加者結(jié)果的測(cè)量不確定度；UREF為指定值的測(cè)量不確定度；USTA為物品穩(wěn)定性引起的測(cè)量不確定度；ULAB、UREF和USTA的包含因子均為2。

注：差值XLAB-XREF也稱(chēng)為“實(shí)驗(yàn)室偏倚的估計(jì)值”；也稱(chēng)為“實(shí)驗(yàn)室偏倚的估計(jì)值的不確定度；穩(wěn)定性量化結(jié)果按照極差計(jì)算。

8.2 能力評(píng)定[4-5]

能力評(píng)定判定準(zhǔn)則：當(dāng)│E n│≤1，比對(duì)結(jié)果滿(mǎn)意；當(dāng)│E n│＞1，比對(duì)結(jié)果不滿(mǎn)意。

注：某些參加者的結(jié)果雖為不滿(mǎn)意結(jié)果，但可能仍標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允差范圍之內(nèi)，所以判定結(jié)論使用“滿(mǎn)意/不滿(mǎn)意”。

將每一個(gè)參加者的實(shí)驗(yàn)室偏倚估計(jì)值即和偏倚估計(jì)值的不確定度用圖形表示。

9 計(jì)劃結(jié)果的公布范圍

主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室在完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和能力評(píng)定后，將編制能力驗(yàn)證報(bào)告。

能力驗(yàn)證報(bào)告應(yīng)清晰、全面，包含所有參加者結(jié)果的資料，并指出每個(gè)參加者的能力。

9.1 能力驗(yàn)證報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容

提供者的名稱(chēng)和詳細(xì)聯(lián)系信息；

協(xié)調(diào)者的姓名和詳細(xì)聯(lián)系信息；

報(bào)告批準(zhǔn)人的姓名、職位、簽名或等效標(biāo)識(shí)；

報(bào)告發(fā)布日期和狀態(tài)（如初期的、中期的或最終的）；

報(bào)告的頁(yè)碼和清晰的結(jié)束標(biāo)記；能力驗(yàn)證計(jì)劃報(bào)告的編號(hào)和清晰標(biāo)識(shí)；

對(duì)能力驗(yàn)證物品的清晰描述；

參加者的結(jié)果；

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及總計(jì)統(tǒng)計(jì)量，包括指定值、可接受結(jié)果的范圍和圖形表示；

指定值的計(jì)量溯源性和測(cè)量不確定度的詳細(xì)信息；

用于確定能力評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)差或其他評(píng)定準(zhǔn)則的程序；

對(duì)應(yīng)每組參加者使用的方法/程序的指定值和總計(jì)統(tǒng)計(jì)量（如果不同組的參加者使用了不同的方法或不同組的參加者使用了不同級(jí)別的物品）；

能力驗(yàn)證提供者和技術(shù)顧問(wèn)對(duì)參加者的能力評(píng)述；

能力驗(yàn)證計(jì)劃設(shè)計(jì)和實(shí)施的信息；

對(duì)統(tǒng)計(jì)分析解釋的建議；

基于本輪能力驗(yàn)證結(jié)果的評(píng)述或建議。

9.2 能力驗(yàn)證報(bào)告公布范圍

參加實(shí)驗(yàn)室；

相關(guān)國(guó)家主管部門(mén)；

有需要的認(rèn)可/評(píng)審機(jī)構(gòu)。

9.3 結(jié)果的保密性[4-5]

除非參加者宣布放棄保密，否則應(yīng)對(duì)能力驗(yàn)證計(jì)劃參加者的身份保密；

其身份僅為參與能力驗(yàn)證計(jì)劃運(yùn)作的相關(guān)人員所知。

參加者向能力驗(yàn)證提供者提供的所有信息都應(yīng)視為保密信息。

注：參加者可以選擇在能力驗(yàn)證計(jì)劃范圍內(nèi)放棄保密，以便能夠互相交流和幫助，例如為了提高能力。出于管理或認(rèn)可的目的，參加者也可以放棄保密。在大多數(shù)情況下，參加者可以自己向相關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)提供能力驗(yàn)證結(jié)果。

主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室對(duì)每個(gè)參加者提供能力驗(yàn)證報(bào)告，報(bào)告中只有參加者代碼，并不包含參加者其他信息，每個(gè)參加者的信息相互之間是相對(duì)保密的。

若某個(gè)利益相關(guān)方要求能力驗(yàn)證提供者直接向其提供能力驗(yàn)證結(jié)果，應(yīng)將該安排在計(jì)劃開(kāi)始前告知參加者。

例外情況下，若管理機(jī)構(gòu)要求能力驗(yàn)證提供者直接向其提供能力驗(yàn)證結(jié)果，提供者應(yīng)書(shū)面通知受影響的參加者。

10 結(jié)論

能力驗(yàn)證項(xiàng)目的設(shè)計(jì)是能力驗(yàn)證項(xiàng)目最為重要的一環(huán)，沒(méi)有好的設(shè)計(jì)，能力驗(yàn)證活動(dòng)無(wú)法達(dá)到組織者的預(yù)期。策劃能力驗(yàn)證計(jì)劃時(shí)，應(yīng)盡可能全面地考慮到計(jì)劃方案實(shí)施過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題，結(jié)合參加者的需求，選擇切實(shí)可行的方案，以至于可以順利按計(jì)劃開(kāi)展能力驗(yàn)證活動(dòng)。