电力行业计量标准的建标
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浅析重复性、稳定性、不确定度在计量标准中的应用
陈丽华
（广东粤华发电有限责任公司）
摘要：人们说仪表是发电机的眼睛，仪表的监视也关系到电力系统的安全运行，因此仪表数据的准确与否至关重要，为保证仪表、变送器的量值准确、可靠，电力行业必须建立本企业的最高计量标准，计量标准的考核是确认计量标准是否具有开展量值传递能力确保量值准确可靠的重要保障这一。通过企业计量建标的实例，讨论计量建标过程中的重复性试验、稳定性考核和不确定度评定在计量标准中的应用。关键词：计量标准；重复性；稳定性；不确定度
本文介绍在三相交直流指示仪表检定装置建标过程中，重复性试验、稳定性考核在计量标准中的应用；在三相电能表检定装置建标过程中，不确定度的评定在计量标准中的应用。
1计量标准的重复性试验
本节通过三相交直流指示仪表检定装置新建标的实例，来说明重复性试验在计量标准中的应用。计量标准的重复性是指在相同测量的条件下，重复测量同一个被测量，计量标准提供相近示值的能力。通常用单次测量结果xi的实验标准差S（x）i来表示。依据《JJG1033-2008〈计量标准考核规范〉实施指南》，0.05级及以下装置进行不少于5次测量，0.03级及以上装置进行不少于10次测量，每次测量后均将装置各调节开关复位、电源切断，再重新启动装置进行下一次测量。
1．1交流电流的重复性试验
用0.1级三相交直流指示仪表检定装置（NO：20061291
）检定一台0.1级7150数字多用表（NO：105082）的交流电流档，选择测试点：2A，装置在重复性试验条件下对被试表短时间内独立重复测量6次，测量结果数据如表1（单位：A
）：表1
测试点1234562A
1.99977
1.99995
2.00005
2.00017
2.00010
1.99985
根据贝塞尔公式计算测量结果的实验标准差，将测量数据
代入公式，即重复性S（I）i为：
S（I）i=
1姨
Σn
（Ii-I
軃）2=0.008（%）i=1式中：軃I———
n次测量结果的平均值；n———
重复测量次数。新建计量标准的重复性试验结果只需提供数据，无须判断。已建计量标准，至少每年进行一次重复性试验，测得的重复性应满足检定或校准结果的测量不确定度的要求。
1.2单相功率的重复性试验
用0.1级三相交直流指示仪表检定装置（NO：20061291
）检定一台0.1级D50-W单相功率表（NO：415.11），选择测试点：150V，5A；装置在重复性试验条件下对被试表短时间内独立重复测量6次，测量结果数据如表2（单位：W
）：表2
测试点123456150V，5A
750.332
750.310
750.332
750.310
750.310
750.299
根据贝塞尔公式计算测量结果的实验标准差，将测量数据代入公式，即重复性S（w）i为：
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S（w）=1×姨
iΣ
（w-w軍）2
=1i
=0.006
（%）本次重复性试验是新建计量标准，无须判断。
2计量标准的稳定性考核
本节通过三相交直流指示仪表检定装置新建标的实例，来说明稳定性考核在计量标准中的应用。对于新建计量标准，应每隔一段时间（大于一个月），用计量标准对核查标准进行一组n次
（n≥5）的重复测量，取算术平均值作为该组的测量结果。共观查m组（m≥4）。取m个测量结果中的最大值与最小值之差，作为新建计量标准在该时间段内的稳定性。做稳定性试验时，应在误差稳定后至少观测1h。每次误差的记录应间隔一定时间大约15min左右）。
2.1交流电压的稳定性考核
用0.1级三相交直流指示仪表检定装置（NO：20061291
）检定一台7150数字多用表（NO：105082），进行一组6次的重复测量，测试点为150V，共观测4组（一个多月一次），测量结果数据如表3（单位：V
）：表3
日期检定结果（V）
1
2
3
4
5
6
平均值
7月3日150.077150.110150.099150.097150.099150.108150.0988月18日150.108150.106150.086150.110150.097150.108150.10311月2日
150.108150.110150.097150.088150.097150.108150.101
12月16日150.106150.103150.088150.086150.088150.090150.094
最大相对差值=（150.103－150.094）/150=0.006
（%），检定装置交流电压的稳定性0.006%小于装置最大允许误差的绝对值
0.1%，
因此计量标准的交流电压稳定性合格。2.2三相功率的稳定性考核
用0.1级三相交直流指示仪表检定装置（NO：20061291）检定一台SZ-03A三相功率标准表（NO：913044），进行一组6次的重复测量，测试点为100V，5A，共观测4组（一个多月一次），测量结果数据如表4（单位：W
）：表4
日期检定结果（W）
1
2
3
4
5
6
平均值
7月3日
866.325866.345866.340866.240866.225866.345866.303
8月18日866.330866.280866.330866.340866.315866.360866.32611月2日866.380866.425866.415866.435866.425866.455866.42312月16日866.425866.445866.455866.500866.440866.315866.430
（
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最大相对差值=（866.430－866.303）/866=0.015
（%），检定装置三相功率的稳定性0.015%小于装置最大允许误差的绝对值
0.1%，
因此计量标准的三相功率稳定性合格。3计量标准测量不确定度的评定
测量不确定度的评定方法应依据JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》的规定，不确定度评定方法可分为：A类不确定度，用统计方法评定的分量；B类不确定度，
用其他方法评定的分量。本节通过三相电能表检定装置建标的实例，来说明测量不确定度在计量标准中的应用。
3.1测量方法与数学模型的建立
在交流电能表检定规程规定的参比条件下，用0.05级三相
电能表检定装置（NO：）检定0.5S级三相三线多功能电能表的有功误差。被检表测得的电能与装置测得的电能相比较，确定
被检表的相对误差γ（x%
）。电能表基本误差以相对误差表示：
γW0
-W
x=×100%式中：γx———
被检电能表的相对误差；W0———
被检电能表的电能显示值；W———
标准电能表的电能显示值。由于同一时刻装置输出的电压和电流是相同的，并且对于被检电能表和标准电能表来说记录的是相同时间段的电量从而计算电能误差，所以可以得到以下数学模型：
γx=γ0γ0———
电能表检定装置测得的相对误差。3.2A类标准不确定度评定
（1）A类不确定度的误差来源。引起A类不确定度的因素
有：标准装置的功率稳定性；开关接触电阻变化；电压、频率、温度波动；外磁场影响变化；自然误差随负荷功率变化；功率因素变化等。
（2）A类不确定度的评定。重复性引入的标准不确定度分量采用A类评定。选用1台0.5S级的三相三线电能表（型号：
ZFB405CT446，NO：68135844
）作为被测对象，参照JJF1033-2008中规定的重复性试验方法，选择典型测试点3×100V，3×
5A，cos准=1.0和cos准=0.5L，
装置在重复性试验条件下对被试表短时间内独立测量10次。（如表5）
表5
测试点1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3×100V3×5A0.0770.0770.0810.0790.0760.0780.0830.0760.0850.087cos准=1.03×100V3×5Acos0.1010.0880.0540.0710.0900.0820.0500.0780.0570.078
准=0.5L
平均值：cos准=1.01=0.0799%；
cos准=0.5L2＝0.074%12cos准=1.0、cos准=0.5L时，n次测量结果的平均值。
由这些误差求得单次测量的实验标准差：
cos准=1.0时，S=
姨
Σ
（γ-軈γ）2
i=1
i
1
=0.0039
（%）cos准=0.5L时，S=
姨
iΣ
（γ2
=1
i
-軈γ2
）n-1
=0.0168
（%）式中：S———
测量结果的实验标准差；γi———
第i次测量结果。故A类不确定度uAi结果如下：计量：ｗｗｗ．ｃｑｓｔｙｑ．ｃｏｍ
cos准=1.0时，uA1=S/姨=S/姨=0.0012（%）cos准=0.5L时，uA2=S/姨=S/姨=0.0053
（%）3.3B类标准不确定度的评定
（1）对电能表检定装置引起的不确定度，采用B类不确定度评定。其误差来源有：标准电能表；标准电能表传递误差；导线电压降；误差修约；标准表误差化整等。
（2）B类不确定度各分量如下：
①装置标准电能表的误差认为服从正态分布，包含因子k1=3，
装置的准确度等级是0.05级，则不确定度分量为：U1=a1/k1=0.1/3=0.0333
（%）②电能计量标准进行溯源的标准等级为0.02级，
在检定征书中找到3×100V，3×5A，cos准=1.0时的误差为-0.010%，
并认为服从正态分布，包含因子k2=3，
由上级量值传递引入的不确定度分量为：
U2=a2/k2=0.010/3=0.0033
（%）③标准装置为非经互感器接入的装置，假设服从均匀分布，k3=姨，a3为装置的等级，装置中标准表和被检表的同相两对电压同名端钮间电位差引入的不确定度分量为：u3=a3/6/姨=0.05/6/姨=0.0048
（%）④在电能标准装置建标过程中，
采用的测量数据为原始数据，未进行修约，由误差修约导致的不确定度分量为：
u4=0
⑤装置标准电能表误差化整引起的不确定度分量，
假设为被检电能表等级a5的1/20，
并认为服从均匀分布，则不确定度分量为：
u5=a5/20/姨=0.5/20/姨=0.0144
（%）B类各不确定度分量是相互独立的，在进行评定时不仅要考虑各分量的大小，还要考虑各分量的分布类别和灵敏系数。B类不确定度各分量汇总如表6：
B类不确定度：uB=
姨
Σ
（uc）2
=0.0367（%）i=1
ii
表6
序号不确定度来源不确定度分量u（i%
）灵敏系数ciuic（i%）1标准电能表0.033310.03332标准电能表传递误差
0.003310.00333端钮间电位差0.004810.00484电能测量相对误差修约
0.000010.00005
标准表误差化整
0.0144
1
0.0144
3.4合成标准不确定度的评定
由于A类和B类不确定度分量是相互独立的，所以合成不
确定度为：
cos准=1.0时，uC1=姨A1B=0.0367（%）cos准=0.5L时，uC2=姨A2B=0.0371
（%）3.5扩展不确定度的评定
不确定度是表明真值所分散的区间的参数，它与一定的置
信概率相关。对于正态分部，在实际应用过程中，扩大置信概率后的不确定度即为扩展不确定度：
cos准=1.0时，U95=kuC1=2uC1=0.0734（%）（k95=2）cos准=0.5L时，U95=kuC2=2uC2=0.0742
（%）（k95=2）式中：k为包含因子，一般情况下取k=2，则置信概率p=95%。
（下转第99页）
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主要原因是由于仪表本事具有质量和使用寿命等因素，同时，还应注意仪表使用时周围生产环境是否过于复杂而造成的故障等。
（3）系统故障问题。系统故障问题显然是关于系统运行的问题，这类故障直接回导致系统运行时出现全局性的故障发生。但是，这类系统故障问题一般情况下是很难发生的，一旦发生此类故障，也无需慌张，主要这是一种偶然性故障，一般情况下只要重新启动系统，既可回复正常使用。还有另一种可能就是系统在使用之出就在设计时存在问题或者程序存在问题，那么我们只能另寻解决办法了。
（4）软件故障问题。软件故障问题主要指的是软件本身出现错误而引发的故障。这类故障一般会在DCS集散控制系统准备投运进行调试的阶段。产生这类故障问题的主要原因是软件应用程序本身就是非常的复杂与庞大的，需要的工作量极大，所以在应用时出现软件故障是在所难免的。因此，我们在调试当发现DCS系统时就要参与的热工人员和运行人员认真对待，问题时积极配合好DCS系统软件调试人员及时解决问题。这类软件故障在调试完成计入正常运行阶段一般是很少出现的。（5）操作和使用不当引起的故障问题。在DCS系统实际运行中，有时会出现集散控制系统某一部分的功能不正常，无法使用，检查后发现整个DCS系统都不存在问题，那么此时就应
该考虑到操作人员是否存在操作不熟练或者操作错误的问题，这种现象也是经常发生的。因此，在DCS集散控制系统的安装调试时一定要注意让供货厂家安排操作人员的培训工作，一定要严格按照操作手册进行，对于上岗人员要进行培训考核，合
格后才能正式进行DCS系统的操作工作。
综上所述，电厂中的DCS集散控制系统对整个电厂的正常运行起到了至关重要的作用，因此，当DCS应用时出现问题，我们应该及时发现，及时分析原因，及时提出切实有效的解决方案，保证DCS系统的顺利运行，从而确保电厂的安全运营。参考文献：
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