电压互感器能力验证计划方案设计

赵 威

（中国电力科学研究院有限公司，湖北 武汉 430074）

电压互感器是我国电力系统广泛使用的测量/计量用一次设备，是电磁测量或电能计量装置的重要组成部分，电能计量的准确性直接关系到贸易结算的公正公平。

作为检定和校准电压互感器的标准装置包含了标准电压互感器、互感器校验仪、互感器负荷箱等主要仪器，通常使用在环境受控的实验室中。实验室使用电压互感器标准装置，结合配置合理的交流电源和试验线路，在受控环境下对电压互感器进行检定校准。电压互感器校准能力验证计划不仅可以证明参加者检定校准电压互感器的能力，而且可以增加客户对参加者的信心，同时表明参加者量值传递的统一性[1]。

能力验证（proficiency testing,PT）是利用实验室间比对确定实验室的检测/校准能力或检查机构的检测能力[2]。

CNAS将能力验证作为评价实验室技术能力的重要手段之一，与现场评审构成了互为补充的两种能力评价技术。通常实验室将能力验证用作有效的外部质量保证活动，并将其作为内部质量活动的补充。

1 能力验证计划特点

1.1 目的和意义[1]

评定参加者从事电流互感器校准试验的能力及其项目的持续能力；识别参加者实验室存在的问题，通过能力验证计划来补充参加者内部质量监控的不足；增加从事电流互感器项目的参加者之间横向比较；识别参加者之间的差异；增加参加者客户对参加者的信心；根据结果，帮助参加者提高能力；确认声称的不确定度；为国际比对工作奠定基础。

1.2 防止串通或伪造结果的预警措施

明确规定在比对数据尚未正式公布之前，所有与比对相关的试验室和人员均应对比对结果保密，不允许出现任何数据串通，不得泄露与比对结果有关的信息，以确保比对数据的公正性。

参比实验室违反职业道德，弄虚作假或者泄露机密的，能力验证结果视为不满意。

2 确定工作小组成员

计划总负责人/技术负责人、计划质量负责人、计划协调者/计划策划人/报告签发人、计划技术专家/报告审核人、能力评价人员/统计人员/物品制备人员、计划联络人。

3 参加本计划应满足条件

3.1 获得本计划项目授权或认可的机构

具备参加计划项目的计量授权和或CNAS认可的机构；具备参加计划项目的测量标准和测量系统；具备规定的固定的实验室环境；具备项目要求的试验人员；具备出具校准报告和进行不确定度评定的能力。

注：具备这些条件的参加者应是已经在计划项目上获得认可或授权的机构，可以通过官方或公开渠道获得相关信息。参加者报名后，主导实验室将核实这些信息。

3.2 其他实验机构

长期或准备开展项目计划项目的实验室；具备进行试验的测量设备和测量系统；具备规定的固定的实验室环境；具备项目相关的试验人员；具备出具校准报告和进行不确定度评定的能力。

注：具备这些条件的参加者可能并未获得认可或准备申请认可，参加者报名后主导实验室将与参加者沟通，获取这些信息。

4 参加者的类型范围和数量

4.1 本次计划主要针对的参加者类型[3]

例如：可以校准0.1级电压互感器的机构；声称的不确定度应满足或优于：

20%UN比值误差U f=0.0066%，相位误差Uδ=3.3′；

100%UN比值误差U f=0.0033%，相位误差Uδ=1.6′。

4.2 计划参加者数量

每一批次参加者数量设定为：4～20个参加者。

每一批次参加者数量应至少满足4家，才能实施本次计划；参加者报名数量超过20家，主导实验室将根据参加者以往能力验证经历，参加者报名资料，参加者地理位置等方面的信息，只对20家参加者实施本次计划。其他报名参加者自动作为下一批次能力验证计划的参加者。

能力验证计划路径：本次互感器能力验证计划采用花瓣式路径。物品稳定性没有出现异常的情况下，能力验证计划始终使用同一个物品进行流转。每次物品返回实验室，实验室都应进行一组（n=10次）稳定性考核，直到全部参加者试验结束。

如图1所示，整个花瓣流转计划中，物品第一次离开实验室和最后一次返回实验室物品稳定性考核的两次数据，作为当次能力验证计划物品短期稳定性结果的依据。

图1 花瓣流转计划

5 物品描述

5.1 物品基本参数

例如：测量范围为（0～10）kV；指定级别为0.1级。额定二次负荷为5 VA；额定功率因数为0.8；额定频率为50 Hz。

5.2 物品基本特性

物品为单安匝无补偿单级电压互感器，设计结构简单可靠。外观结构与参加者日常工作试验设备相似，标识和线路连接方式也一致。一般情况下具备试验能力的参加者不须要再经过额外的培训，可以按照日常校准工作的流程及本次计划作业指导书独立完成试验。

物品为主导实验室预先制备并经过长期稳定性考核，在计划前从主导实验室物品库中随机提取计划通知中规定参数的某个物品。

同时配置相同参数的备用物品。

物品在设计阶段充分考虑了对参加者测量系统整体能力评价的信息，物品在实际误差，二次负荷变化影响等方面“灵敏度”更高，更能有效地反映参加者的测量系统中不同方面的影响。

5.3 物品指定值

物品指定值采用“参考值法”，物品在上一级计量标准进行量传。

5.4 物品稳定性

物品稳定性分为长期稳定性和短期稳定性。

长期稳定性：在实验室按照规定的存储条件下保存物品的稳定性。

短期稳定性：开展能力验证活动中，在规定的运输条件下运输物品的稳定性。

通过长期稳定性考核的物品才能成为主导实验室物品库中的正式物品。

基于稳定性评估结果可能有利于所有参加者，主导实验室在电压互感器能力验证计划中将物品稳定性量化，引入物品短期稳定性。

抽取的物品首先通过长期稳定性考核才能成为本次计划物品对参加者发放。

能力验证计划中将使用短期稳定性量化结果参与能力评价：实验室开展能力验证计划后，物品离开实验室和计划结束后物品返回实验室，分别进行两组测量，每组测量10次。

一个批次的能力验证，正常情况下只会使用同一个编号的物品。同一个批次的所有参加者最后能力评价依据的指定值来自同一个指定级别同一个编号的物品。

考虑到减少运输的影响，物品定制特殊的防震箱并进行专车专人运输。

物品传递发生不可预计的事故，导致物品无法继续传递时，主导实验室将保证已经完成试验工作的参加者的能力评定，和未完成工作参加者的继续进行计划。主导实验室通过物品稳定性和已完成“现场记录报告单”判断已完成工作的参加者是否可以进行能力评定，可以进行能力评定的参加者不再进行新物品校准工作。不能进行能力评定的已完成参加者和还未进行校准工作的参加者，主导实验室统一重新计划，再次分发新物品完成能力验证计划。由于物品改变，最终能力评定分为校准不同物品的参加者的分组能力评定，不会将原有计划的所有参加者按一组评定[5]。

6 校准方法

一般情况下参加者（国内）都应按照JJG 314—2010《测量用电压互感器》中规定的检定线路对物品进行测量。根据参加者使用的标准器不同，测量线路可能包括，如图2～5所示[6]。

图2 电压互感器比较法检定线路（高电位端测量误差）

参加者应按照这些规定的试验线路进行试验，这些线路是规程规定的试验线路，可以保证参加者参加能力验证的一致性，对参加者最后的能力评价是有益的。

图3 电压互感器比较法检定线路（低电位端测量误差）

图4 感应分压器作标准器的线路（高电位端测量误差）

图5 感应分压器作标准器的线路（低电位端测量误差）

7 能力验证计划安排

发布通知，公布能力验证计划，能力验证计划目录和报名表。

主导实验室进行物品稳定性核查，满足要求后（本次计划开始后物品首次离开实验室前）进行前指定值确认，时间1天。

主导实验室根据参加者数量规划实际花瓣路径，互感器物品比较笨重，考虑到实际运输可能对物品造成影响，一般采用专车运输。一个花瓣不宜超过5家，时间大致在15～20天。

物品在参加实验室试验时间一般为一个工作日，参加实验室在比对试验结束后应将现场原始数据记录原件交主导实验室封存。

同一个批次中每个花瓣物品返回主导实验室进行短期稳定性考核，时间1天。

这个批次计划结束后，物品最后一次返回主导实验室，进行最终的短期稳定性考核，时间1天。

所有参加实验室应在完成自实验室现场校准工作后7个工作日内提交当次计划规定的文件，提交的文件邮寄到主导实验室，并同时提交上述文件的电子版本（使用电子邮件方式）。

主导实验室根据参加者提交的资料，进行整理汇总分析和统计处理，并进行最后的能力评价，在60个工作日内完成能力验证报告。

8 数据处理和统计分析

8.1 能力统计量

校准能力验证计划常采用E n值，本项目能力验证计划采用E n值作为能力验证统计量。

丁香酚微乳(pH=7.0)及海藻酸钠修饰丁香酚微乳(pH=4.5)中加入不同浓度的氯化钠溶液，使其离子浓度最终达到0，250，500 mmol·L-1，再分别用相同离子强度的氯化钠溶液稀释100倍，测定其粒径分布。

物品必然存在不稳定性，实验室可以通过稳定性评估，将物品稳定性量化，量化结果使用在能力统计量的计算中对参加者更为有利，互感器能力验证采用带有稳定性量化结果的En值作为能力统计量：

式中：XLAB为参加者的结果；XREF为指定值；ULAB为参加者结果的测量不确定度；UREF为指定值的测量不确定度；USTA为物品稳定性引起的测量不确定度；ULAB、UREF和USTA的包含因子均为2。

注：差值XLAB-XREF也称为“实验室偏倚的估计值”；也称为“实验室偏倚的估计值的不确定度；稳定性量化结果按照极差计算。

8.2 能力评定[4-5]

能力评定判定准则：当│E n│≤1，比对结果满意；当│E n│＞1，比对结果不满意。

注：某些参加者的结果虽为不满意结果，但可能仍标准规定的允差范围之内，所以判定结论使用“满意/不满意”。

将每一个参加者的实验室偏倚估计值即和偏倚估计值的不确定度用图形表示。

9 计划结果的公布范围

主导实验室在完成数据统计和能力评定后，将编制能力验证报告。

能力验证报告应清晰、全面，包含所有参加者结果的资料，并指出每个参加者的能力。

9.1 能力验证报告应包括以下内容

提供者的名称和详细联系信息；

协调者的姓名和详细联系信息；

报告批准人的姓名、职位、签名或等效标识；

报告发布日期和状态（如初期的、中期的或最终的）；

报告的页码和清晰的结束标记；能力验证计划报告的编号和清晰标识；

对能力验证物品的清晰描述；

参加者的结果；

统计数据及总计统计量，包括指定值、可接受结果的范围和图形表示；

指定值的计量溯源性和测量不确定度的详细信息；

用于确定能力评定标准差或其他评定准则的程序；

对应每组参加者使用的方法/程序的指定值和总计统计量（如果不同组的参加者使用了不同的方法或不同组的参加者使用了不同级别的物品）；

能力验证提供者和技术顾问对参加者的能力评述；

能力验证计划设计和实施的信息；

对统计分析解释的建议；

基于本轮能力验证结果的评述或建议。

9.2 能力验证报告公布范围

参加实验室；

相关国家主管部门；

有需要的认可/评审机构。

9.3 结果的保密性[4-5]

除非参加者宣布放弃保密，否则应对能力验证计划参加者的身份保密；

其身份仅为参与能力验证计划运作的相关人员所知。

参加者向能力验证提供者提供的所有信息都应视为保密信息。

注：参加者可以选择在能力验证计划范围内放弃保密，以便能够互相交流和帮助，例如为了提高能力。出于管理或认可的目的，参加者也可以放弃保密。在大多数情况下，参加者可以自己向相关权威机构提供能力验证结果。

主导实验室对每个参加者提供能力验证报告，报告中只有参加者代码，并不包含参加者其他信息，每个参加者的信息相互之间是相对保密的。

若某个利益相关方要求能力验证提供者直接向其提供能力验证结果，应将该安排在计划开始前告知参加者。

例外情况下，若管理机构要求能力验证提供者直接向其提供能力验证结果，提供者应书面通知受影响的参加者。

10 结论

能力验证项目的设计是能力验证项目最为重要的一环，没有好的设计，能力验证活动无法达到组织者的预期。策划能力验证计划时，应尽可能全面地考虑到计划方案实施过程中可能遇到的问题，结合参加者的需求，选择切实可行的方案，以至于可以顺利按计划开展能力验证活动。