浅析三相电能表检定装置测量结果不确定度

2014-12-13田丽颖

中国科技纵横 2014年11期

关键词：电能表三相分量

田丽颖

(国网忻州供电公司,山西忻州 034000)

浅析三相电能表检定装置测量结果不确定度

田丽颖

(国网忻州供电公司,山西忻州 034000)

一切测量结果都不可避免的具有不确定性,一般电能表的不确定性评定仅对普通机械表、电子表而言,而作为省级计量机构要对地(州)市所的电能表检定装置进行量传,其测量的可信度是计量工作者所关注的。本文介绍了不确定度的定义和计算方法,对交流电能表检定装置的不确定度进行了分析,并列举了0.1级三相电能表检定装置的具体计算实例,可供建标和比对工作中参考。

检定装置测量不确定度评定

电能是关系国计民生的重要能源,同时也是一种特殊的商品,在当今世界的经济体系中占有显著地位。作为电能贸易结算中使用的计量器具,电能表的计量准确度直接决定了贸易结算的公平程度。因此,一个国家电能计量标准准确度的提高,不仅可以提高其整体电能计量水平,而且能促进能源工业进步,推动国民经济发展。

1 测量不确定度的定义与基本概念

1.1 有关术语的定义

(1)测量不确定度：表示合理地赋予被测量之值的分散性,与测量结果相联系的参数。

(2)标准不确定度：以标准差表示的测量不确定度。

(3)不确定度的A类评定：用对观测列进行统计分析的方法,来评定标准不确定度。

(4)不确定度的B类评定：用不同于对观测列进行统计分析的方法,来评定标准不确定度。

(5)合成标准不确定度：当测量结果是由若干个其他量的值求得时,按其他各量的方差和协方差算得的标准不确定度。

(6)扩展不确定度：确定测量结果区间的量,合理赋予被测量之值分布的大部分可望含于此区间。

(7)包含因子：为求得扩展不确定度,对合成标准不确定度所乘之数字因子。(注：包含因子也称分布系数,等于扩展不确定度与合成标准不确定度之比。)

1.2 测量方法概述

1.2.1 测量依据

JJG 597-2005《交流电能表检定装置检定规程》。

1.2.2 测量环境

环境温度(20±2)℃,相对湿度60%RH±15%,电压220V±0.5%,频率50Hz±0.1%。

1.2.3 测量标准器

三相标准电能表,型号CL317,准确度等级：0.02级。

1.2.4 被测对象

三相电能表检定装置,型号YC-1893(Ⅱ),准确度等级：0.05级。

1.2.5 测量过程

将三相电能表检定装置的测量标准器连接在装置中被检表的位置,由测量标准器指示的装置输出端电能W与装置工作标准指示的电能W0相比较,所得结果即为被测装置的相对误差。

1.3 测量不确定度的基本概念

不确定度这个词意思是不能肯定或有怀疑的程度。测量不确定度是对测量结果的不可信程度或对测量结果有效性的怀疑程度。由于测量条件的不完善及人们的认识不足,使被测量的值不能被确切地知道,测量值以一定的概率分布落在某个区域内。表示被测量分散性的参数就是测量不确定度,简称不确定度。在给出测量结果时必须同时给出其测量不确定度。测量不确定度用标准偏差表示,必要时也可用标准偏差的倍数或置信区间的半宽度表示。因此,测量不确定度是可以定量评定的。

2 电能表检定装置中不确定度的分析与计算

数学模型r=r0

式中：r-被检表的相对误差;r0-三相电能表装置上测得的相对误差。

2.1 A类不确定度评定

A类不确定度各分量可用实验标准差表示。在重复性条件下,对一台型号为YC-1893(Ⅱ)准确度等级为0.05级的三相电能表检定装置进行测量,相邻两次测量之间在相同的条件下较短时间内完成,其测量误差数据见表1。

测量次数 n=10;误差的平均值为：

标准偏差估计值为：

2.2 B类不确定度的分析

按照B类不确定度的定义来分析电能表检定装置中的B类分量。分析的依据可来自装置设备的检定证书、技术标准、说明书等。这些分量也就是误差的来源,具体分析如下：a、标准电能表的误差引起的;b、电压互感器比差引起的;c、电能表传递误差引起的;d、电压互感器传递误差引起的;e、标准表与被检表同相端子之间的导线压降引起的;f、标准表误差化引起的。B类不确定度可用类似实验标准差的标准差u表示,B类不确定度为上述各分量的合成,以上分析的各不确定度相互独立。计算B类不确定度,不仅要考虑各分量的大小,还要考虑各分量的分布状态以及传播情况,所以还应先求出各分量的分布系数ki,在求出各个输入量的不确定度分量ui=ai/ki之后,还需要计算传播系数(灵敏系数)ci,然后计算由此引起的被测输出量y的标准不确定度分量：

最后再用下列公式计算B类不确定度：

表1

表2 合成确定度的评定结果

其中：ai—第i项B类分量的误差限;ki—第i项B类分量的分布系数;ci—第i项B类分量的传播系数确定各误差源的分布系数可参照JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》后附录《概率分布情况的统计》。

2.3 合成标准不确定度评定(如表2)

由不确定度传播率可知,对于输入量互不相关(彼此独立)的情况,由A类和B类评定所计算得到的多个标准不确定度可以用方和根

(RSS)方法有效地进行合成。

合成标准不确定度uc(y)的自由度称为有效自由度veff。如果(y)是两个或多个估计方差分量的合成,即

(xi),则通常可以认为它服从t分布,其有效自由度用韦尔奇-萨特思韦特(Welch-Satterthwaite)公式计算：

vi是u(xi)自由度。

2.4 扩展不确定度评定

取置信概率P=95%,包含因子k=2,则扩展不确定度U95=ku(r0)=2×0.07%=0.14%。为了提高测量的可靠性,需要将置信区间进行扩大,以提供一个较高的置信概率。当求出各输入分量不确定度的自由度V,并据此求出有效自由度veff时,需要根据veff和设定的置信水准(置信概率)p查t分布表,查得的临界值就是所需的包含因子kp值。将合成标准不确定度uc乘以包含因子kp,得出扩展不确定度,计算式如下：U=kp·uc(6)