電能表檢測能力驗證方案設計

宋均正，江鵬，鄔智江

（廣東省計量科學研究院，廣東廣州，510405）

0 引言

電能表屬于國家重點管理的計量器具，依據國家市場監督管理總局2019年第48號文通知要求，電能表實行P+V（即型式批準+強制檢定）的監管方式[1]。國內許多電能表研發、生產商，省、市電網計量中心，省、市計量院及第三方檢測機構等都取得了電能表相關CNAS檢測項目認可。但截至目前，國內開展的電能表相關比對、能力驗證活動等均是依據JJG596、JJG1085等國家檢定規程進行“電能誤差”參數的校準，檢測項目一個沒有。

能力驗證作為重要的外部質量評價活動，尋求并參加能力驗證是合格評定機構的責任和義務。但眾多取得電能表CNAS檢測項目認可的實驗室卻找不到合適的第三方機構參加能力驗證活動，從而滿足能力驗證最低頻次要求[2]。廣東省計量科學研究院于2018年11月取得PTP認可證書，是校準領域第一家獲得PTP認可證書的法定計量機構，并在2019、2020年成功組織了電能表校準能力驗證計劃。本文將結合校準領域開展的經驗，探討電能表檢測領域的能力驗證方案設計。

1 電能表檢測項目分類

以JJF 1245.1-2019為檢測依據，參照附表B試驗項目列表[3]，將電能表檢測項目劃分為定量類和定性類兩種。如初始固有誤差試驗、自熱試驗、影響量試驗等，通過測量得到的數據與誤差限進行比較判定的試驗項目屬于定量類；如起動試驗、無負載條件試驗（潛動試驗）、脈沖電壓試驗等，直接給出合格與否判定的試驗項目屬于定性類。本文主要以“溫度系數試驗”為例，探討定量類試驗項目的能力驗證方案設計。

2 多家實驗室參加的能力驗證方案設計

2.1 樣品制備

委托電能表專業制造廠提供同一批次、同一型號規格的10只電能表作為樣品，每只電能表出廠調定電能誤差隨機分布在-0.5%～+0.5%之間，以防止串通。本次選取8只電能表做為樣品傳遞，其余2只做為備樣。

2.2 樣品均勻性檢驗

2.2.1 樣品啟用前的均勻性檢驗

樣品啟用前，對10個樣品進行全檢，每個樣品重復測量2次，采用單因子方差分析法[4]，檢驗樣品的均勻性。計算公式如下：

2.2.2 樣品返回后的均勻性檢驗

樣品返回后，對8個樣品進行全檢，每個樣品重復測量2次，按照“SS≤0.3σ準則”[4]，檢驗樣品的均勻性。

σ是能力驗證計劃中能力評價標準偏差的目標值，本次能力驗證計劃設計中σ為使用“算法A”[2]計算得到的穩健標準差s*。

以“-25℃～-10℃，PF=1，Itr”試驗點為例，測試數據見表1～表 3。

表1 樣品均勻性檢驗數據

表2 樣品啟用前的均勻性檢驗統計結果

表3 樣品返回后的均勻性檢驗統計結果

2.3 樣品穩定性檢驗

2.3.1 樣品首次啟用前的穩定性檢驗

穩定性檢驗在均勻性檢驗完成之后進行，并對全部10個樣品進行穩定性檢驗測試。考慮到“溫度系數試驗”檢測項目的特殊性（試驗需在不同的溫度環境中開展），高濕度和運輸過程中的振動是對樣品特性值可能產生影響的主要條件，因此穩定性方案設計如下：

（1）取均勻性檢驗的“c1”數據作為穩定性檢驗的1次數據；

（2）將10個樣品按要求進行包裝，參照GB/T 4857.23-2012附錄C進行振動試驗后[5]，再將樣品在潮態環境（環境溫度：30℃，相對濕度：93%）下靜置4天，預處理24小時后進行第2次穩定性檢驗，判定依據采用“t檢驗法”，公式如下：

2.3.2 樣品返回后的穩定性檢驗

樣品返回后，穩定性方案設計如下：

（1）取均勻性檢驗的“c3”數據作為穩定性檢驗的1次數據；

表4 樣品返回后的穩定性檢驗統計結果

2.4 檢測方法

參照JJF 1245.1-2019中第9.3.2的試驗方法[3]，在參比電壓、試驗溫度點：-25℃、-10℃、5℃、23℃、40℃下，分別進行以下誤差試驗點的校準：PF=1/0.5L，Itr、10Itr、Imax。平均溫度系數通過下式計算得出：

對于每一個溫度間隔，儀表放置于溫度試驗箱直至溫度穩定（通常在每一溫度點保持2h以上），測試儀表誤差。

2.5 指定值及其不確定度的確定

2.6 能力評價原則

根據z比分數進行能力評價，計算公式如下：

3 一對一能力驗證方案設計

3.1 樣品制備

樣品制備同3.1，任選其中2只作為一對一能力驗證（也叫測量審核）樣品，其中1只為備樣。

3.2 樣品穩定性檢驗

計劃采用樣品發送前、樣品返回后2次的測量數據，并計算溫度系數變差值。當變差值小于參考值的不確定度時，則認為比對樣品的穩定性符合要求。

3.3 檢測方法

檢測方法同2.4。

3.4 指定值及其不確定度的確定

選取本院實驗室在樣品發送前測量值和樣品返回后測量值的平均值，作為本次一對一能力驗證的參考值。以我院針對該樣品進行的測量不確定度評定值，作為一對一能力驗證的不確定度值。

3.5 能力評價原則

根據歸一化偏差En值進行能力評價，En值計算公式如下：

式中，x為參加實驗室的測量結果，X為指定值，Ulab為參加實驗室測量結果的不確定度，Uref為指定值的不確定度，k=2。

4 小結

目前，電能表檢測領域的能力驗證還是空白，但其作為一種合格評定活動，越來越受到企業、第三方檢測實驗室的重視，有必要組織該領域的能力驗證計劃。通過參加能力驗證計劃，不僅可以評定實驗室從事電能表檢測的能力，識別合格評定機構管理和技術能力可能存在的問題和風險，其也是認可機構加入和維持國際相互承認協議（MRA）的必要條件之一。本文針對電能表檢測項目“溫度系數試驗”設計的能力驗證計劃，為開展電能表檢測領域關鍵項目的能力驗證提供了實施方案，相信隨著能力驗證計劃的開展，也必將促進全國電能表檢測技術的不斷提升。