电子式电能表低温环境计量性能分析

孙 洋，韩 东，刘 华，郭淑英，杨作鹏，陈可佳

(1.黑龙江省电力科学研究院，哈尔滨150030;2.哈尔滨铁路局哈铁机务段，哈尔滨150086)

随着时代的发展，电子式电能表在我国已经广泛应用［1－2］。电能表的计量准确度关系到千家万户的利益，所以研究运行环境对电能表计量性能产生的影响具有重要意义［3－4］。本文为研究低温环境对电子式电能表(耐低温型)计量准确度的影响，在黑龙江省北部边陲县城漠河建立了低温试验场，得到了大量的珍贵数据，并利用数理统计方法对其进行了分析，从整体角度方便直观地获得了样本信息，即运用 Z比分数在大量样本中找到离群量［5－6］，通过对试验样本数据进行统计处理，分析低温环境下电能表的计量性能。

1 试验方法

1.1 样本背景

2009年在漠河县城区建设环境温度实际运行试验场进行采样，试验场共设35个测试台区。分别从35个测试台区中抽取共计175只单相电能表作为运行测试样本，这175只样表均为各厂家生产的耐低温型电子式电能表。每年在冬、夏季节都对其进行实际负荷计量误差测试。

1.2 评价方法

采用稳健中位统计技术Z比分数法处理测量结果，可以方便获得误差值离群的样表。参比单位的比对结果是否有效的评判原则为:

当|Z|≤2时，比对结果在合理的预期范围内;

当2≤|Z|≤3时，比对结果与合理的预期结果有差距，结果可疑，应分析原因;

当|Z|≥3时，比对结果离群，应分析原因。

1.2.1 中位值的计算

计算Z值首先要明确样本的中位值，先将样本数据Yji按大小顺序排列。如果数据排列的结果为Y1i≤Y2i≤…≤Yni，则以中位值作参考值，由下面表达式确定:

1.2.2 标准IQR值

IQR为四分位间距，即低四分位数值和高四分位数值的差值IQR=Q3－Q1。其中，低四分位数值Q1是低于结果1/4处的最近值，高四分位数值Q3是高于结果3/4处的最近值。大多数情况下Q1和Q3通过数据值之间的内插法获得。

1.2.3 Z值的计算

某个单位的Z比分数值为

式中:Yri为参考值，即中位值;s为所有参比单位比对结果发散性的估计量，一般采用样本标准差或标准化四分位间距(NIQR)作为结果发散性的量度，NIQR与标准偏差相类似。

稳健的处理方法是采用NIQR:

2 测量结果统计分析

在EXCEL中，函数 quartile(array，quart)用来求一组数的四分位数，array为需要求得四分位值的数组，quart决定返回哪一个四分位值。

2.1 第1次测量数据分析

第1次测量数据统计Z比分数计算参数如表1所示。

表1 第1次测量数据Z比分数计算参数Tab.1 Z representative fractions calculation parameters of first time %

第1次测量时间为2010年1月，被测样表试验数据的Z比分数值如图1所示。测量时环境温度约为－46℃。

比较图1中纵坐标值得知，有1只样表Z值大于2，为2.09，该样表测量值离群，样表的编号为108号。经核对测试数据，该样表平均误差为2.48%，扩展不确定度为0.0028。依据JJG596－2012《电子式电能表检定规程》，单相电子式误差限为2.0%(本文规定为标准1)，超过“规程”2级表误差标准。根据国家电网公司《单相智能电能表技术规范》规定，新装2级单相电能表误差限为1.2%(本文规定为标准2)，那么该样表的误差严重超差，超差率达到106.7%。本次测试超差的电能表数量占被测样本电能表总数的0.57%。

图1 第1次测量数据Z值Fig.1 Z value of first measurement data

2.2 第2次测量数据分析

第2次测量数据统计Z比分数计算参数如表2所示。

表2 第2次测量数据Z比分数计算参数Tab.2 Z representative fractions calculation parameters of second time %

第2次测量时间为2010年7月，试验数据的Z比分数序列如图2所示。测量时环境温度约为30℃。

图2 第2次测量数据Z值Fig.2 Z value of second measurement data

比较图2中纵坐标Z值可知，第2次测量的样表Z值都小于2，说明样表的测量误差都在合理范围内。根据测量结果，无超差的样表。

2.3 第3次测量数据分析

第3次测量数据统计Z比分数计算参数如表3所示。

表3 第3次测量数据Z比分数计算参数Tab.3 Z representative fractions calculation parameters of third time %

第3次测量时间为2011年1月，试验数据的Z比分数序列如图3所示。测量环境温度约为－45℃。

图3 第3次测量数据Z值Fig.3 Z value of third measurement data

比较图3中纵坐标Z值得知，第3次测量样表中有2只样表Z大于2，分别为2.04和2.01。按照判定原则这2只样表测量能力均超过合理预期，应进一步分析原因。经核查，得到了2只样表信息，如表4所示。

表4 离群样表信息Tab.4 Outlier sample table information

由表4可知，编号80和编号110的被测表计误差值离群，超差率(本文规定为标准2)分别为5.1%和21.7%。此时，以“标准2”为基准，超差样表占被测样表总数的1.1%。

2.4 第4次测量数据分析

第4次测量数据统计Z比分数计算参数如表5所示。

表5 第4次测量数据Z比分数计算参数Tab.5 Z representative fractions calculation parameters of fourth time%

第4次测量时间为2011年7月，试验数据的Z比分数序列如图4所示。测量环境温度约为31℃。

图4 第4次测量数据Z值Fig.4 Z value of fourth measurement data

比较图4中纵坐标Z值得知，第4次测量样表Z值都小于2，样表的测量误差都在合理范围内。经核查，本次测量无超差样表。

2.5 第5次测量数据分析

第5次测量数据统计Z比分数计算参数如表6所示。

表6 第5次测量数据Z比分数计算参数Tab.6 Z representative fractions calculation parameters of fifth time %

第5次测量时间为2011年12月，试验数据的Z比分数序列图如图5所示。测量环境温度约为－40℃。

图5 第五次测量数据Z值Fig.5 Z value of fifth measurement data

比较图5中纵坐标样表Z值得知，第5次测量样表中有1只样表Z值大于3，值为3.35。按照判定原则，该样表误差值严重离群。经核查，样表编号为82，其平均误差为3.44%，扩展不确定度为0.03。超差率分别为0.57%(标准1)和186.7%(标准2)。

3 测量结果综合分析

依据Z值测试结果，第一年冬季有1只样表Z值大于2，为2.09;第二年冬季有2只样表Z值大于2，分别为2.04和2.01;第三年冬季有1只样表Z值大于3，为3.35。3 a冬季抽检样表不合格率低于1.1%，满足国网公司运行中电能表“规定”，2a的夏季运行样表测试Z值小于2。测试数据表明，被试样表冬、夏二季连续测试5次整体运行样表，计量质量良好。综合分析可知:1)电子式电能表在低温环境下计量受到一定影响，个别表在较低温度下虽然计量超差，但样表经转夏季运行可自动回复准确计量。2)在大量运行表中抽取一定比例，采用“Z”比分数法进行统计分析，是判定电能表计量性能优劣程度的简捷方法。

4 结论

1)电子式电能表在实际运行中有个别样表受低温的影响，误差超过设计值，但经运行回至常温环境，其计量性能可自动回复准确计量。

2)Z比分数法可以方便地在大量的电能表误差数据中确定离群量，能有效对电能表计量性能进行分析。

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