電能計量標準裝置不確定度的評定分析與計算

摘要：本文結合實際工作并舉例，給出了三相電能計量標準裝置測量結果的不確定度評定以及驗證的方法和步驟，評定結果給出了測量結果的可靠程度。通過測量不確定度能夠全面說明計量設備測量能力的優劣，為考核電能計量標準裝置的綜合性能提供了重要依據。

關鍵詞：不確定度 評定分析 電能計量裝置

1 不確定度的概念及意義

1.1 定義及理解 表征合理的賦予被測量值的分散性以及與測量結果相聯系的參數即為不確定度。所謂不確定度，是指可疑程度，即對測量結果正確性的可疑程度。

1.2 不準確度的意義 測量不確定度一般由許多分量組成，有些具有統計性，而有些具有非統計性。所有這些不確定度來源，若影響到測量結果，都會對測量結果的分散性做出貢獻。

2 電能檢定裝置不確定度的分析與計算方法

不確定度分為由統計方法計算的分量并由隨機誤差組成的A類，和用其他方法計算的分量并由變化的系統誤差組成的B類。

2.1 裝置的A類不確定度 根據A類不確定度的定義，下列彼此獨立的因素會導致誤差的產生：①在參比值范圍內工作電壓、功率因數值的波動。②標準電能表采樣啟動、停止的不一致性。③測量回路開關接觸電阻值的變化。④電能表在零功率因數下的不靈敏性。⑤標準電能表的元器件溫漂、時漂帶來的不穩定性。

測量時，如果使用標準偏差較小的標準電能表且偏差小于被檢裝置標準偏差的1/3時，可將試驗標準差作為A類不確定度。

2.2 檢定裝置B類不確定度 通過一個假定的概率密度函數得到B類標準不確定度。在電能表檢定中，一般只考慮儀器誤差所帶來的合成不確定度的B類分量，即由標準表最大允許誤差、標準表讀數分辨率以及數據化證監局引入的標準不確定度分量。

2.3 合成標準不確定度 雖然影響不確定度的因素很多，但多數輸入量的不確定度彼此是無關的，此時可根據下式得到合成標準不確定度uc。

uc=■

式中：i為B類不確定度包含誤差源的數量。

2.4 擴展不確定度 用包含因子k乘以合成標準不確定度uc所給出的結果稱為擴展不確定度，通常用U表示。

U=kuc （k=2）

包含因子k的特定值就給出了對擴展不確定度的特定置信概率（置信水準）。在工業測量和電子計量測試領域，通常取k=2（置信水準p≈95%）。

3 不確定度評定計算舉例

3.1 概述

3.1.1 測量依據：JJG596-2012《電子式電能表檢定規程》。

3.1.2 環境條件：溫度（20±2）℃，相對濕度（60±15）%RH。

3.1.3 測量標準：0.05級三相電能表檢定裝置。

3.1.4 被測對象：

①型號：DSZ178 0.5S（2.0）級 3×100V 3×1.5（6）A三相三線電子式多功能電能表。

②型號：DTZY545C-Z 1.0（2.0）級 3×220V 3×5（60）A三相四線電子式多功能電能表。

3.2 數學模型 γ=γ0

式中：γ——被檢電子式標準電能表的相對誤差（%）；γ0——三相電能表標準裝置測得的相對誤差（%）

3.3 各輸入量的標準不確定度的評定 在此分別以直接接入式電子式多功能電能表在三相四線220V/5A，功率因數為1.0、0.5L和0.8C，及經互感器接入式電子式多功能電能表在三相三線100V/1.5A，功率因數為1.0、0.5L和0.8C的情況為例，輸入量γWO的標準不確定度u（γWO）的主要來源有三方面：

3.3.1 標準不確定度u（γWO1）的評定。在220V/5A功率因數為1.0和0.5L、0.8C時的測試數據如下（%）：

■

在100V/1.5A功率因數為1.0和0.5L、0.8C時的測試數據如下（%）：

■

A類標準不確定度u（γWO1）=Si

Si=■ νI=n-1=9

3.3.2 標準不確定度u（γWO2）的評定。該不確定度分項主要是三相電能表標準裝置的誤差限引起的，該裝置的等級為0.05級，當cosф=1.0時示值誤差的絕對值不會超過0.05%，即半寬值為0.05%，當cosф=0.5L時示值誤差的絕對值不會超過0.07%，即半寬值為0.07%，當cosф=0.8C時示值誤差的絕對值不會超過0.07%，即半寬值為0.07%，在此區間內可認為服從均勻分布（k=1.732），則該裝置在cosф=1.0時其不確定度分量u（γWO2）=0.05%/1.732=0.0288%，

在cosф=0.5L時其不確定度分量u（γWO2）=0.07%/1.732=0.0404%，在cosф=0.8C時其不確定度分量u（γWO2）=0.07%/1.732=0.0404%，估計Δu（γWO2）/u（γWO2）=0.1，其自由度ν（γWO2）=50。

3.3.3 標準不確定度u（γWO3）的評定。因為證書中給出的測量結果是化整后的測量結果，因此，數據修約將產生不確定度，0.5級表的化整間距為0.05%，即半寬值為0.025%，在此區間內服從均勻分布（k=1.732），則標準不確定度分量u（γWO3）=0.025%/1.732=0.014%，其自由度ν=∞.1.0級表的化整間距為0.1%，即半寬值為0.05%，在此區間內服從均勻分布（k=1.732），則標準不確定度分量u（γWO3）=0.05%/1.732=0.0288%，其自由度ν=∞。

3.4 合成標準不確定度的評定

3.4.1 靈敏系數：c=σγH/σγWO=1。被檢表相對誤差數據修約產生的不確定度分量的靈敏系數為1。

3.4.2 各標準不確定度匯總表和合成標準不確定度及有效自由度

合成標準不確定度uc=■·u■γ■

有效自由度νeff=■

直接接入式電能表在三相四線220V/5A，功率因數為1.0和0.5L，及經互感器接入式電能表在三相三線100V/5A，功率因數為1.0和0.5L的情況為例各標準不確定度匯總表如下。

■

經計算得到各合成不確定度如下表。

■

3.5 擴展不確定度的評定 取置信概率P=95%，根據νeff的計算值，查t分布表并將有效自由度分別取為：100；100；100；100；100；100，得到t95（νeff1）=1.984，t95（νeff2）=1.984，t95（νeff3）=1.984，t95（νeff4）=1.98401，t95（νeff5）=1.984，t95（νeff6）=1.984

擴展不確定度u95為：u95= k95·uc

其中：k95= t95（νeffi）

所以可得：

u95-1=1.984×0.0410%=0.08%（直接接入式220V/5A cosφ=1.0）

u95-2=1.984×0.0497%=0.10%（直接接入式220V/5A cosφ=0.5L）

u95-3=1.984×0.0409%=0.08%（直接接入式220V/5A cosφ=0.8C）

u95-4=1.984×0.0331%=0.066%（經互感器接入式100V/

1.5A cosφ=1.0）

u95-5=1.984×0.0444%=0.088%（經互感器接入式100V/

1.5A cosφ=0.5L）

u95-6=1.984×0.0328%=0.065%（經互感器接入式100V/

1.5A cosφ=0.8C）

4 結束語

本文以三項電能表標準裝置為例闡述了此方法，由于評定過程中的各個計量標準裝置誤差來源不同，因此得出了不同的不確定度結果，可根據實際情況具體分析。

參考文獻：

[1]JJF 1069-2007法定計量檢定機構考核規范[S].

[2]JJF 1059-1999測量不確定度評定與表示[S].

[3]JJF 596-2012電子式電能表[S].

作者簡介：馬笑天（1985-），女，河北石家莊人，助理工程師，國網河北省電力科學研究院計量中心職員，華北電力大學電力工程系在職碩士研究生，主要研究方向：計量裝置的檢定與電力市場。