MSA在电能表误差检验中具体应用

(1)研究计划

在测量系统的分析中，精度特性一般可以通过检定装置的数值传递或比对来解决，这是目前电能表厂家所采用的方法。本文主要研究测量系统的研究分析。本设计方案及具体实施基于国内某知名电能表生产企业计量测试中心的电能表误差检测系统，具有一定的代表性。

(2)稳定性条件的确定

继续MSA分析前提是系统处于稳定状态。本文涉及的稳定性包括两个方面:一是测试装置的稳定性，二是电能表的稳定性。总而言之，就是电能表误差检测系统的稳定性。选取了7台电能表和3台检测装置作为研究对象。稳定性研究采用标准实验室的标准装置(误差等级为0.01，中国科学院比对校准)对7个选定仪表的0.1Ib点误差进行测试:每个仪表测试5次，每次读取10个数据，得到35组350个数据，每次测试前预热十分钟。整个实验在标准实验室进行，实验温度严格控制在20±3℃以内。

实验中得到的七张表的数据才是它的真值。数据修改后，分析制作Xbar- R控制图，如下图所示。经过分析判断，发现表2的误差不稳定，几个均值统计和极差统计都超出了控制界限。因此，表2被删除，剩下的六个表用于其余的实验和研究。

采用同样的方法，对三台检验装置进行稳定性测试和判定，结果3台检验装置均符合要求。

(3)重复性和再现性试验和研究

由于目前的电能表误差检测系统已经实现了测试、读数、计算和显示的自动化，人为影响因素已经消除，对于电能表误差检测系统来说，重复性是指同一批次的电能表用同一检测装置进行检测时，检测结果之间的一致性。再现性是指用不同的测试装置对同一批电能表进行测试时，测试结果之间的一致性程度。

分别用所选的1-3号检测装置测试6个稳定性好的电能表在A点的误差。测试顺序由抽签决定。每个电能表分别测试5组数据，每组读取10个数据。每次测量前，检查装置预热30分钟以上，电能表预热10分钟，采集90组数据，共计900个误差数据。在每组数据测量期间，记录当时实验室的温度和湿度条件。在整个测试过程中，实验室为了找出各因素之间的相互影响，实验应采用交互的方式，即每个检验装置分别对同一电能表进行相同次数的重复测量，三个检验装置、六个电能表和每个电能表进行五次测试，共收集90组数据。

1)数据分析

在变异分析中，变异分为四种类型:电能表本身的误差、测量系统的重复性误差、检验装置的再现性误差以及检验装置与电能表相互作用产生的误差。为了获得准确的分析结果，本次分析采用方差分析方法，分析工具采用Minitab软件。由于数据量大，忽略了原始数据和Minitab分析过程，所以本文直接给出了分析结果，数据分析的相关数据如下表所示。

MSA分析根据该理论，测量系统可用性的标准如下:

A) gr&r小于10%，测量系统合格；

B)10%≤GR&R≤30%，测量系统的可接受性取决于应用的重要性、测量成本、维护成本等因素；

C) gr&r > 30%，测量系统不合格，应进行改进。根据表1和上述标准可以看出，GR&R占30.89%，超出判别标准0.89%。测量系统不可接受，需要改进。其中，再现性占方差分量贡献率的2.00%，说明误差测量系统具有良好的再现性。重复性占28.89%，误差测量系统重复性不好，需要改进。此外，Minitab软件还给出了图形化的分析结果，可用于具体原因的定性分析。上图是与GR&R研究相关的方差分析图。

从上图可以看出:

a)在变化分量图上，电能表之间变化的贡献百分比远大于测量系统的R&R，说明大部分变化来自电能表本身；

b)从电能表的单值图可以看出，连接线不是水平直线，说明电能表之间差别很大；

c)从检查装置的量程图可以看出，1号检查装置对电能表的测量显示出很大的不一致性；

d)从检验装置的箱图来看，检验装置之间的差异远小于电能表之间的差异，1号检验装置的测量结果更大；

2)改进建议

通过对该测量系统的分析可以看出，系统的不确定度主要来自电能表本身。对于电子电能表，为了减少自身误差的变化，我们可以从以下几个方面解决问题:

提高分压电阻的精度和可靠性，加强进货检验；在额定电流的20%左右运行时，一次电流的大小对电流互感器的误差有很大的影响。电流互感器的额定一次电流越接近，其误差特性越好，电流互感器的变比过大或过小选择都是不科学的。根据规程要求和现场经验，电流互感器的实际一次电流应为其额定一次电流的60%左右，既能保证电流互感器良好的误差特性，又能为电流互感器的过载留出足够的余量。

3)电压互感器测量绕组额定负荷的合理选择电能计量装置二次电压回路负荷试验数据分析总结如下:35 ~ 45VA占3%，基本为35kV、110kV电能计量装置，未改造；30 ~ 35VA占4%；20 ~ 30VA占34%；10 ~ 20VA占44%；1 ~ 10VA占15%；电压互感器测量绕组的负载对测量绕组的误差有很大影响，因此合理选择电压互感器测量绕组的额定容量对其误差特性至关重要。建议母线式电压互感器测量绕组额定容量不大于50VA，线路式电压互感器测量绕组额定容量不大于30VA。