标准电能表示值误差校准结果分析

魏晓英，邸变连

（1.国网山西省电力公司计量中心，山西 太原 030001；2.国网山西省电力公司，山西 太原 030001）

标准电能表示值误差校准结果分析

魏晓英1，邸变连2

（1.国网山西省电力公司计量中心，山西 太原 030001；2.国网山西省电力公司，山西 太原 030001）

使用三相标准功率电能表及三相电能表检定装置对0.01级电子式三相电能表及电子式单相电能基本误差进行测量，通过直接测量的方法，分析了各项误差的来源，对电子式三相电能表及电子式单相电能表基本误差测量不确定度进行评定。

标准电能表；不确定度；合成计算

0 前言

山西省电力公司计量中心标准实验室参加了由中国合格评定国家认可委员会授权国网计量中心实施的CNASM0051“标准电能表校准”能力验证活动，其中，要求参比实验室提供合理准确的不确定度，通过对电子式标准电能表在规定的测试点进行校准，对电子式标准电能表示值误差的校准结果进行不确定度的评定，从而考核了参加实验室对标准电能表的校准能力。

1 校准方法及内容

校准依据：JJG1085—2013《标准电能表》检定规程。

环境条件：温度(20±1)℃，相对湿度45%～65%。

被校对象：COM3003型0.01级电子式三相电能表。

RD22型0.01级电子式单相电能表。

校准所使用的标准与主要配套仪器设备及其相关技术指标（采用的标准和配套仪器设备均经检定/校准合格）。

三相标准功率电能表型号为：RD33-233；编号为300508；准确度等级为：0.01%；校准证书编号为：SGCM011020120046；用于电能校准。

三相电能表检定装置型号DZ603-Ⅲ；规格3×(60-380)V，3×(0.005-100)A；校准证书编号为：DLdr2011-0090。

2 校准方法及过程

2.1 校准过程

被校样品到达实验室后接通电源进行预热，在检定规程规定的温度、相对湿度条件下，预热4 h。依据JJG1085—2013《标准电能表》检定规程，校准方法采用标准表法，即：将标准电能表与被校准电能表同时测定的电能值相比较，从而确定被校准电能表的相对误差。

2.2 校准原理及评定结果的使用

校准原理方框图如图1所示。评定结果的使用：符合JJG1085—2013《标准电能表》检定规程规定的校准结果，可依据JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》，使用以下方法进行测量不确定度的评定。本评定以3×220 V、3×5 A，功率因数为1.0、0.5 L、0.8C时为例。

3 测量模型

本次评定的测量模型为见式（1）。

图1 校准原理方框图

式中：γ——被校准电能表的相对误差，%；

γ0——电能表检定装置测得的相对误差，%；

Δγ——标准装置的修正值，%。

4 测量模型中各输入量的标准不确定度分量的评定

测量不确定度一般由若干分量组成，每个分量用其概率分布的标准偏差估计值表征，称标准不确定度。用标准不确定度表示的各分量用ui表示。根据对Xi的一系列测的值Xi得到的实验标准偏差的方法为A类评定。在此校准过程中，测量模型中输入量的标准不确定度u（γ0），采用A类评定方法。在评定过程中为了增大评定的标准不确定度的自由度，提高评定的可信程度，在对被校准电能表进行校准时，进行了多组校准以获得合并样本标准偏差Sp。

校准所使用的检定装置的技术资料中未提供修正值，修正值引入的标准不确定度u（γ0）的来源为标准电能表检定装置的最大允许误差，采用B类评定方法。由数据修约导致的不确定度通常假设为均匀分布，在对被校准标准电能表相对误差进行数据处理时会产生一个不确定度分量u(x)。

4.1 不确定度分量u（γ0）的评定

在重复条件下由被校电能表和标准装置校准不重复引起的不确定度分量u（γ0），采用A类评定方法。A类不确定度分量u（γ0）可通过等精度条件下重复校准给出。3×220V、3×5A，功率因数为1.0、0.5 L、0.8C时，对被校0.01级电能表在4个不同的时间段由4组检定员在重复性条件下分别进行10次校准，分别得到4组校准数据，如表1、表2、表3所示。

应用表1、表2、表3中所列公式可得到：

3×220 V、3×5 A功率因数为1.0时：

Sp=0.000 14%；

3×220 V、3×5 A功率因数为0.5 L时：

Sp=0.000 16%；

3×220 V、3×5 A功率因数为0.8C时：

Sp=0.000 14%。

由表1计算可得：

表1 3×220 V、3×5 A，cosφ=1.0时被校电能表相对误差10次校准值%

u（γ0）=Sp=0.000 14%，

自由度ν1=m(n-1)=4×(10-1)=36。

由表2计算可得：

u（γ0）=S（γ）=0.000 16%，

自由度ν1=m(n-1)=4×(10-1)=36。

由表3计算可得：

u（γ0）=S(γ)=0.000 14%，

自由度ν1=m(n-1)=4×(10-1)=36。

表2 3×220 V、3×5 A，cosφ=0.5 L时被校电能表相对误差10次校准值 %

表3 3×220 V、3×5 A，cosφ=0.8 C时被校电能表相对误差10次校准值%

4.2 不确定度分量u（Δγ）的评定

不确定度分量u(Δγ)来源于电能表标准装置的最大允许误差，标准电能表校准过程中所使用的标准电能表检定装置是经上一级法定计量检定机构校准来保证其溯源性，经过质量技术监督部门进行计量标准考核认证。依据JJG597—2005《交流电能表检定装置检定规程》、JJG1085—2013《标准电能表》检定规程，在校准过程中标准电能表检定装置的实际误差一般不会超过装置的最大允许误差。6如表4所示。按检定规程规定的该等级的最大允许误差得到对应区间的半宽度，所以电能表检定装置的最大允许误差可以作为分布区间半宽的信息来源，即分散区间的半宽为0.01%，而此区间可以认为其服从正态分布，k值为3，标准不确定度为：

u(Δγ)=0.01%/3，

u(Δγ)的相对标准不确定度为：

Δu(Δγ)/u(Δγ)=0.1。

查JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》中的表，可得到B类标准不确定度的自由度为：ν2=50。

4.3 数据处理导致的不确定度分量u(x)的评定

上一级法定计量检定机构对电能表标准装置出具校准证书，证书中提供的校准数据是经过数据修约的，所以数据修约也是测量不确定度的来源。依据相关计量技术规范，由数据修约导致的不确定度，通常假设为均匀分布。本次校准过程中电能表标准装置的等级为0.01级，上一级法定计量检定机构提供的校准证书中的校准数据的数据修约间隔为0.001%，那么被测量可能值区间的半宽度为0.0005%，因为由此导致的测量不确定度服从均匀分布，则，那么由数据修约导致的标准不确定度为：u(x)=0.000 5%。

表4 电能表检定装置允许的测量误差

u(x)的相对标准不确定度为：Δu(x)/u(x)=0。

查JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》中的表，可得到B类标准不确定度的自由度为：ν3=∞。

5 合成标准不确定度及扩展不确定度评定

灵敏系数的计算：c1=γ/γ0=1，c2=γ/Δγ=1。

在对被校准电能表校准数据进行数据修约时，由此导致的不确定度分量的灵敏系数为1。各不确定度分量汇总及计算如表5、表6、表7所示。

表5 3×220 V、3×5 A，cosφ=1.0各相对不确定度分量汇总及计算

由表 5计算可得：urel=0.003 35%，υeff=51，U95rel=0.006 73%，k95=2.01。

表6 3×220 V、3×5 A，cosφ=0.5 L各相对不确定度分量汇总及计算

由表 6计算可得：urel=0.003 35%，υeff=51，U95rel=0.006 73%，k95=2.01。

表7 3×220 V、3×5 A，cosφ=0.8 C各相对不确定度分量汇总及计算

由表 7计算可得：urel=0.003 35%，υeff=51，U95rel=0.006 73%，k95=2.01。

当各输入量间彼此均不相关时，合成标准不确定度计算公式为：

有效自由度的计算公式为：

中国合格评定国家认可委员会对测量不确定度的要求中规定：一般情况下，校准和测量能力CMC（Calibration and Measurement Capability） 应该用包含概率约为95%的扩展不确定度表示。

正态分布概率p=0.95，由υeff=56，查t分布临界值表得到k95=t95（υeff）。多数情况下取p=0.95。当υeff＞20时，可以认为k95=t95（υeff）=t95(50)=2。

6 不确定度的报告

利用表1、表2、表3和表5、表6、表7，对0.01级COM3003电能表三相四线220 V、5 A时误差校准结果的不确定度进行评定，得到如下校准不确定度报告，如表8所示。

表8 不确定度报告

其余各测试点误差校准结果的不确定度均采用上述方法进行，得到的结果如表9、表10、表11、表12、表13、表14所示。

表9 COM3003 A相220 V、5 A

表10 COM 3003三相四线57.7 V、1 A

表11 COM 3003三相三线相 100 V、5 A

表12 COM 3003 A相100 V、5 A

表13 RD22单相 220 V、5 A

表14 RD22单相100 V、5 A

7 结论

山西省电力公司计量中心标准实验室参加了CNASM0051“标准电能表校准”能力验证活动，通过对标准电能表示值误差校准结果分析，测量不确定度满足此计划要求，表明标准实验室具备标准电能表校准的能力。

Calibration Result Analysis of Standard W att-hour M eter Indication Error

WEIXiaoying1，DIBianlian2
（1.State Grid M etering Center of SEPC，Taiyuan，Shanxi 030001，China；2.State Grid Shanxi Electric Power Corporation，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

the errors of 0.01-class electronic three-phase watt-meter and electronic single-phase watt-meter weremeasured by using standard three-phase watt-hourmeter and the verification device of three-phase watt-hourmeter.The causes of the errorswere analysed and themeasurementuncertaintywasassessed.

standard watt-hourmeter;uncertainty；

TM933.4

A

1671-0320（2015）04-0018-05

2015-04-29，

2015-06-15

魏晓英（1966），女，陕西咸阳人，2008年毕业于太原理工大学电气工程及其自动化专业，工程师，从事电能计量工作;

邸变连（1979），女，山西吕梁人，2010年毕业于华北电力大学电力系统自动化专业，硕士，工程师，从事电能计量工作。