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在測量系統(tǒng)的分析中，精度特性一般可以通過檢定裝置的數(shù)值傳遞或比對來解決，這是目前電能表廠家所采用的方法。本文主要研究測量系統(tǒng)的研究分析。本設計方案及具體實施基于國內某知名電能表生產(chǎn)企業(yè)計量測試中心的電能表誤差檢測系統(tǒng)，具有一定的代表性。

(2)穩(wěn)定性條件的確定

繼續(xù)MSA分析前提是系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。本文涉及的穩(wěn)定性包括兩個方面:一是測試裝置的穩(wěn)定性，二是電能表的穩(wěn)定性。總而言之，就是電能表誤差檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性。選取了7臺電能表和3臺檢測裝置作為研究對象。穩(wěn)定性研究采用標準實驗室的標準裝置(誤差等級為0.01，中國科學院比對校準)對7個選定儀表的0.1Ib點誤差進行測試:每個儀表測試5次，每次讀取10個數(shù)據(jù)，得到35組350個數(shù)據(jù)，每次測試前預熱十分鐘。整個實驗在標準實驗室進行，實驗溫度嚴格控制在20±3℃以內。

實驗中得到的七張表的數(shù)據(jù)才是它的真值。數(shù)據(jù)修改后，分析制作Xbar- R控制圖，如下圖所示。經(jīng)過分析判斷，發(fā)現(xiàn)表2的誤差不穩(wěn)定，幾個均值統(tǒng)計和極差統(tǒng)計都超出了控制界限。因此，表2被刪除，剩下的六個表用于其余的實驗和研究。

MSA在電能表誤差檢驗中具體應用

采用同樣的方法，對三臺檢驗裝置進行穩(wěn)定性測試和判定，結果3臺檢驗裝置均符合要求。

(3)重復性和再現(xiàn)性試驗和研究

由于目前的電能表誤差檢測系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了測試、讀數(shù)、計算和顯示的自動化，人為影響因素已經(jīng)消除，對于電能表誤差檢測系統(tǒng)來說，重復性是指同一批次的電能表用同一檢測裝置進行檢測時，檢測結果之間的一致性。再現(xiàn)性是指用不同的測試裝置對同一批電能表進行測試時，測試結果之間的一致性程度。

分別用所選的1-3號檢測裝置測試6個穩(wěn)定性好的電能表在A點的誤差。測試順序由抽簽決定。每個電能表分別測試5組數(shù)據(jù)，每組讀取10個數(shù)據(jù)。每次測量前，檢查裝置預熱30分鐘以上，電能表預熱10分鐘，采集90組數(shù)據(jù)，共計900個誤差數(shù)據(jù)。在每組數(shù)據(jù)測量期間，記錄當時實驗室的溫度和濕度條件。在整個測試過程中，實驗室為了找出各因素之間的相互影響，實驗應采用交互的方式，即每個檢驗裝置分別對同一電能表進行相同次數(shù)的重復測量，三個檢驗裝置、六個電能表和每個電能表進行五次測試，共收集90組數(shù)據(jù)。

1)數(shù)據(jù)分析

在變異分析中，變異分為四種類型:電能表本身的誤差、測量系統(tǒng)的重復性誤差、檢驗裝置的再現(xiàn)性誤差以及檢驗裝置與電能表相互作用產(chǎn)生的誤差。為了獲得準確的分析結果，本次分析采用方差分析方法，分析工具采用Minitab軟件。由于數(shù)據(jù)量大，忽略了原始數(shù)據(jù)和Minitab分析過程，所以本文直接給出了分析結果，數(shù)據(jù)分析的相關數(shù)據(jù)如下表所示。

MSA在電能表誤差檢驗中具體應用

MSA分析根據(jù)該理論，測量系統(tǒng)可用性的標準如下:

A) gr&r小于10%，測量系統(tǒng)合格；

B)10%≤GR&R≤30%，測量系統(tǒng)的可接受性取決于應用的重要性、測量成本、維護成本等因素；

C) gr&r > 30%，測量系統(tǒng)不合格，應進行改進。根據(jù)表1和上述標準可以看出，GR&R占30.89%，超出判別標準0.89%。測量系統(tǒng)不可接受，需要改進。其中，再現(xiàn)性占方差分量貢獻率的2.00%，說明誤差測量系統(tǒng)具有良好的再現(xiàn)性。重復性占28.89%，誤差測量系統(tǒng)重復性不好，需要改進。此外，Minitab軟件還給出了圖形化的分析結果，可用于具體原因的定性分析。上圖是與GR&R研究相關的方差分析圖。

MSA在電能表誤差檢驗中具體應用

從上圖可以看出:

a)在變化分量圖上，電能表之間變化的貢獻百分比遠大于測量系統(tǒng)的R&R，說明大部分變化來自電能表本身；

b)從電能表的單值圖可以看出，連接線不是水平直線，說明電能表之間差別很大；

c)從檢查裝置的量程圖可以看出，1號檢查裝置對電能表的測量顯示出很大的不一致性；

d)從檢驗裝置的箱圖來看，檢驗裝置之間的差異遠小于電能表之間的差異，1號檢驗裝置的測量結果更大；

2)改進建議

通過對該測量系統(tǒng)的分析可以看出，系統(tǒng)的不確定度主要來自電能表本身。對于電子電能表，為了減少自身誤差的變化，我們可以從以下幾個方面解決問題:

提高分壓電阻的精度和可靠性，加強進貨檢驗；在額定電流的20%左右運行時，一次電流的大小對電流互感器的誤差有很大的影響。電流互感器的額定一次電流越接近，其誤差特性越好，電流互感器的變比過大或過小選擇都是不科學的。根據(jù)規(guī)程要求和現(xiàn)場經(jīng)驗，電流互感器的實際一次電流應為其額定一次電流的60%左右，既能保證電流互感器良好的誤差特性，又能為電流互感器的過載留出足夠的余量。

3)電壓互感器測量繞組額定負荷的合理選擇電能計量裝置二次電壓回路負荷試驗數(shù)據(jù)分析總結如下:35 ~ 45VA占3%，基本為35kV、110kV電能計量裝置，未改造；30 ~ 35VA占4%；20 ~ 30VA占34%；10 ~ 20VA占44%；1 ~ 10VA占15%；電壓互感器測量繞組的負載對測量繞組的誤差有很大影響，因此合理選擇電壓互感器測量繞組的額定容量對其誤差特性至關重要。建議母線式電壓互感器測量繞組額定容量不大于50VA，線路式電壓互感器測量繞組額定容量不大于30VA。