(1) 研究方案

在測(cè)量系統(tǒng)分析中，準(zhǔn)確性特性一般可通過(guò)檢驗(yàn)裝置的量值傳遞或?qū)Ρ葋?lái)解決，目前電能表制造企業(yè)都已采用。本文重點(diǎn)介紹測(cè)量系統(tǒng)的R&R分析。本設(shè)計(jì)方案和具體實(shí)施都是依托國(guó)內(nèi)某知名電能表生產(chǎn)企業(yè)的計(jì)量測(cè)試中心的電能表誤差檢驗(yàn)系統(tǒng)展開(kāi)的，具有一定的代表性。

(二) 穩(wěn)定條件的確定

進(jìn)行MSA分析前提是系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。本文的研究涉及的穩(wěn)定性包括兩個(gè)方面：一是檢驗(yàn)裝置的穩(wěn)定性，二是電能表的穩(wěn)定性。綜合起來(lái)就是電能表誤差檢驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。方案選擇了7塊電能表和3個(gè)檢驗(yàn)裝置作為研究對(duì)象。對(duì)于穩(wěn)定性的研究，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)裝置（誤差等級(jí)為0.01級(jí)，中國(guó)科學(xué)研究院比對(duì)校準(zhǔn)）測(cè)試所選7塊表的0.1Ib點(diǎn)誤差：每塊表測(cè)試5次，每次讀取10個(gè)數(shù)據(jù)，共取得35組350個(gè)數(shù)據(jù)，每次測(cè)試前預(yù)熱十分鐘。整個(gè)試驗(yàn)是在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室進(jìn)行的，試驗(yàn)的溫度都是嚴(yán)格控制在20±3℃以內(nèi)。

試驗(yàn)所取得7塊表的數(shù)據(jù)便是其真值，對(duì)數(shù)據(jù)修約后進(jìn)行分析，做出Xbar- R控制圖，如下圖所示，進(jìn)行分析和判定，發(fā)現(xiàn)2號(hào)表的誤差不穩(wěn)定，有多個(gè)均值統(tǒng)計(jì)量和極差統(tǒng)計(jì)量超出控制限，淘汰2號(hào)表用剩下的6塊表做剩下的試驗(yàn)和研究。

采用同樣的方法，對(duì)三臺(tái)檢驗(yàn)裝置進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試和判定，結(jié)果3臺(tái)檢驗(yàn)裝置均符合要求。

(三) 重復(fù)性和再現(xiàn)性試驗(yàn)及研究

由于現(xiàn)在的電能表誤差檢驗(yàn)系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了測(cè)試、讀數(shù)、計(jì)算、顯示的自動(dòng)化，人的影響因素已經(jīng)消除，針對(duì)電能表誤差檢驗(yàn)系統(tǒng)而言，重復(fù)性是指在用同一檢驗(yàn)裝置檢測(cè)同一批次電能表時(shí)，測(cè)試結(jié)果之間的一致程度。再現(xiàn)性是指用不同檢驗(yàn)裝置檢測(cè)同一批次電能表時(shí)，測(cè)試結(jié)果之間的一致程度。

用選擇的1- 3號(hào)檢驗(yàn)裝置分別測(cè)試穩(wěn)定性較好的6塊電能表在A點(diǎn)的誤差，試驗(yàn)順序抽簽決定，每塊電能表分別測(cè)試5組數(shù)據(jù)，每組讀取10個(gè)數(shù)據(jù)，每次測(cè)量前檢驗(yàn)裝置預(yù)熱30分鐘以上，電能表預(yù)熱10分鐘，共采集到90組數(shù)據(jù)，共計(jì)900個(gè)誤差數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)記錄當(dāng)時(shí)試驗(yàn)室的溫度、濕度條件，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)室的溫度都是控制在20±3℃。為了能夠找到因素之間的相互影響，實(shí)驗(yàn)應(yīng)采用交互模式，即每個(gè)檢驗(yàn)裝置分別對(duì)相同的電能表進(jìn)行等次數(shù)的重復(fù)測(cè)量，以3個(gè)檢驗(yàn)裝置、6塊電能表、每個(gè)電能表測(cè)試次數(shù)為5次，共采集90組數(shù)據(jù)。

1）數(shù)據(jù)分析

在變差分析中，將變差分解為四種：電能表自身誤差、測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性誤差、檢驗(yàn)裝置的再現(xiàn)性誤差、檢驗(yàn)裝置與電能表的交互作用造成的誤差。為了能獲得精準(zhǔn)的分析結(jié)果，本次分析采用方差分析法，分析工具采用Minitab軟件。由于數(shù)據(jù)量比較大，原始數(shù)據(jù)和Minitab分析過(guò)程忽略，本文就直接給出分析結(jié)果，數(shù)據(jù)分析的相關(guān)結(jié)果數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。

MSA分析理論規(guī)定，一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)是否可用的標(biāo)準(zhǔn)如下：

a）GR&R＜10%,測(cè)量系統(tǒng)可接受；

b）10%≤GR&R≤30%,測(cè)量系統(tǒng)的可接受性要依賴于應(yīng)用的重要性、測(cè)量成本、維修費(fèi)用以及其他因素；

c）GR&R＞30%，測(cè)量系統(tǒng)是不可接受的，應(yīng)進(jìn)行改進(jìn)。根據(jù)表1和上述標(biāo)準(zhǔn)，可以看出GR&R占30.89%，超過(guò)判別標(biāo)準(zhǔn)0.89%，測(cè)量系統(tǒng)不可以接受，需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。其中，在方差分量貢獻(xiàn)率中再現(xiàn)性占2.00%，說(shuō)明誤差測(cè)量系統(tǒng)的再現(xiàn)性很好；重復(fù)性占28.89%，誤差測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性不好，需要改進(jìn)；另外，Minitab軟件還給出了圖形化的分析結(jié)果，可用于具體原因的定性分析。上圖是GR&R研究相關(guān)的方差分析圖。

從上圖中可以看出：

a）在變異分量圖上，電能表間變差的貢獻(xiàn)率百分比遠(yuǎn)大于測(cè)量系統(tǒng)的R&R，說(shuō)明大部分變差來(lái)源于電能表本身；

b）從電能表單值圖上可以看到連接的線并非水平直線，說(shuō)明電能表之間存在較大的差異；

c）從檢驗(yàn)裝置極差圖上可以看到1號(hào)檢驗(yàn)裝置對(duì)電能表的測(cè)量表現(xiàn)出較大的不一致；

d）通過(guò)檢驗(yàn)裝置的箱線圖上看出，檢驗(yàn)裝置之間的差異比電能表之間的差異要小得多，1號(hào)檢驗(yàn)裝置測(cè)量的結(jié)果要偏大一些；

2）改進(jìn)建議

對(duì)于本次測(cè)量系統(tǒng)分析，可知系統(tǒng)的不確定性主要來(lái)源于電能表本身，對(duì)于電子式電能表為了減少自身誤差的變化，可從以下方面著手解決：

提高分壓電阻的精度和可靠性，加強(qiáng)進(jìn)貨檢驗(yàn)；器運(yùn)行在20%左右的額定電流，一次電流的大小對(duì)電流互感器的誤差有很大影響，越接近電流互感器的額定一次電流其誤差特性越好，過(guò)大或過(guò)小選擇電流互感器的變比都不科學(xué)。根據(jù)規(guī)程要求和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，電流互感器的實(shí)際運(yùn)行一次電流應(yīng)在其額定一次電流的60%左右，這樣既能保證電流互感器有良好的誤差特性，又給電流互感器過(guò)載留下了足夠的裕度。

3）合理選擇電壓互感器計(jì)量繞組額定負(fù)荷把此次電能計(jì)量裝置二次電壓回路負(fù)荷測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)如下：35～45VA占3%，基本都是35kV和110kV等級(jí)未改造的電能計(jì)量裝置；30～35VA占4%；20～30VA占34%；10～20VA占44%；1～10VA占15%；電壓互感器計(jì)量繞組負(fù)荷對(duì)計(jì)量繞組的誤差有很大影響，因此合理地選擇電壓互感器計(jì)量繞組額定容量對(duì)其誤差特性至關(guān)重要，建議母線型電壓互感器計(jì)量繞組額定容量不大于50VA，線路型電壓互感器計(jì)量繞組額定容量不大于30VA。