低压电流互感器[1]是国家强制性检定的器具，在生产和验收过程中，低压电流互感器的检定是必不可少的一个环节.人工手动检定效率低，逐步被淘汰，自动化检定系统在各省计量中心的推动下迅速发展起来[2-3].尽管自动化检定系统提高了低压电流互感器的检定效率，但也产生了新的问题[4-6].当自动化检定系统出现故障时，被检的互感器将会出现大量的错检与误检，进而影响到电能贸易的公平公正.因此，需要对低压电流互感器自动化检定系统进行计量检测，主要包括量值溯源和计量监督两个部分.
自动化检定系统传统量值溯源是定期将自动化检定系统的仪器拆卸下来送到法定计量检定机构进行检定，主要存在以下问题：1）自动化检定系统体积大、结构复杂、不便拆卸和运输；2）拆卸过程可能会影响流水线的稳定性和检定的可靠性；3）仪器送检周期长，检定期间自动化检定系统无法正常工作，影响生产任务.
传统计量监督是人工实时地对自动化检定系统进行监控，确保自动化检定系统正常工作.主要存在以下问题：1）自动化检定系统数量不断增加，采用传统人工检定的方式效率低下，无法满足生产的需求[7]；2）人工检定存在一定的滞后性，无法及时反馈系统中出现的问题；3）自动化检定系统结构复杂，涉及到机械、测控、光电信号处理等多个学科，人工检定的方式无法保证系统的可靠性.
针对自动化检定系统传统计量检测存在的问题，文章提出了一种低压电流互感器自动化检定系统在线计量检测的方法，实现自动化检定系统在线量值溯源和在线计量监督.
1 在线计量检测研究
在线计量检测是指在不影响工况的情况下进行计量检测，现从在线量值溯源与在线计量监督两个方面进行研究.
1.1 在线量值溯源研究
在线量值溯源主要从基本误差、重复性、一致性、错检率及误检率5个方面进行溯源.
1.1.1 基本误差的量值溯源
基本误差的量值溯源参考JJF 1033-2016《计量标准考核规范》[8]附录C中的传值比较法.量值溯源期间，将传递标准分别在高等级计量标准的实验室与计量中心的流水线上进行测试，实验室和流水线上测量时的扩展不确定度分别记为Ulab与Uref，测量时误差的均值分别为Ylab与Yref.在两者包含因子近似相等的前提下，测量结果可评价为
（1）
Ylab与Yref包括比值差和相位差的均值，可以分别在实验室与流水线上测试后，经过计算得到.Ulab和Uref的计算可以参考Q/GDW 11278-2014《计量用低压电流互感器自动化检定系统校准方法》[9]附录C中的测量不确定度评定示例.
量值溯源期间，使用传递标准在主持实验室建立传递标准数据库和控制限；在参加实验室建立传递标准数据库.计算En值，若En<1，则参加实验室基本误差的量值溯源合格.若En>1，则判断传递标准测试数据是否在主持实验室的控制限范围内，若在范围内，则基本误差溯源过程不合格；否则，认为传递标准损坏，需要更换备用传递标准重新进行基本误差的量值溯源，其流程如图1所示.
图1 基本误差的量值溯源流程
Fig.1 Flow chart of measurement value traceability of basic errors
1.1.2 重复性的量值溯源
重复性的量值溯源参考JJG 1139-2017计量用低压电流互感器自动化检定系统检定规程[10]中重复性的测量方法.量值溯源期间，使用一组传递标准在参与实验室的流水线上重复测量并计算基本误差.通过贝塞尔公式计算各个工位标准偏差作为各个工位的重复性，各个工位重复性的最大值即为仓位的重复性.若重复性小于0.2 S级电流互感器误差限值的1/10，则认为重复性的量值溯源合格；否则，重复性的量值溯源不合格.
1.1.3 一致性的量值溯源
一致性的量值溯源参考JJG 1139-2017计量用低压电流互感器自动化检定系统检定规程中一致性的测量方法.量值溯源期间，使用同一互感器在参与实验室流水线的各个工位上进行重复测量并计算误差均值.取各个工位误差均值最大值与最小值的极差作为仓位的一致性，若一致性小于0.2 S级电流互感器误差限制的1/5，则认为一致性的量值溯源合格；否则，一致性的量值溯源不合格.
1.1.4 误检率的量值溯源
误检率的量值溯源参考JJG 1139-2017计量用低压电流互感器自动化检定系统检定规程中误检率的测量方法.量值溯源期间，准备m台合格的传递标准在在线计量检测系统上进行重复测量10次，总测量次数为10m，合格次数为a，则误检率可表示为
（2）
若误检率小于0.5%，则认为误检率的量值溯源合格；否则，误检率的量值溯源不合格.
1.1.5 错检率的量值溯源
错检率的量值溯源参考JJG 1139-2017计量用低压电流互感器自动化检定系统检定规程中错检率的测量方法.量值溯源期间，取n台不合格的传递标准在在线计量检测系统上进行重复测量10次，总测量次数为10n，合格次数为b，则错检率可表示为
（3）
若错检率为0，则认为错检率的量值溯源合格；否则，错检率的量值溯源不合格.
1.2 在线计量监督研究
在线计量监督参考GBT4091-2001《常规控制图》[11]中控制图的绘制方法.根据互感器在不同时期测量的平均值和标准偏差，绘制成如图2所示的控制图.其中UCL、CL、LCL分别是控制上限、中心线和控制下限，当数据线在合格线之间波动表明当前的检定工作状态非常稳定，当数据线波动接近警戒线表明工作状态变得不稳定，如果超过上下控制限则表明流水线出了问题.
图2 计量监督控制
Fig.2 Control of measurement supervision
UCL与LCL的值可以表示为
UCL=X0+Aσ0
（4）
LCL=X0-Aσ0
（5）
式中：X0为参加流水线测试的总均值；A为控制图上n次测试结果对应的系数，可以查询GBT4091-2001《常规控制图》中的表2获取；σ0为给定的标准值[12-15].
在UCL与LCL之间进行6等分，确定合格线和警戒线，建立计量监督的控制图.在期间核查时，使用传递标准在流水线上进行测试，当测试数据在合格线内，则流水线正常工作；当测试数据超出合格线在警戒线内，则流水线存在安全隐患；当测试数据超出警戒线，则流水线出现故障，需要及时检查.
2 应用与实例
本文以武汉电力科学研究院和武汉计量中心为例，研究低压电流互感器自动化检定系统在线计量检测.开发出在线计量检测系统，主要从在线量值溯源和在线计量监督两个方面的应用进行表述.以规格为BL158H/170102的双级电流互感器进行试验，试验参数如表1所示.通过长时间多次试验采集数据，试验检定的第1组原始数据如表2所示.
表1 标准数据采集参数
Tab.1 Acquisition parameters for standard data
比率型号编号准确度级别二次额定负荷功率因数10A/5ALFZ1D-TJX110000001510.2S5VA/2.5VA1.0使用标准型号/编号一次对地二次对地一次对二次双级电流互感器BL158H/1701026000MΩ6000MΩ6000MΩ
表2 第1组试验原始数据
Tab.2 Original data of first group tests
序号状态满载1%比值差满载1%相位差满载5%比值差满载5%相位差满载20%比值差满载20%相位差满载100%比值差满载100%相位差满载120%比值差满载120%相位差1上升0.00614.22370.00783.63060.01581.6320.04750.07400.05010.1442下降0.00614.28010.00773.69660.01541.9200.03161.18930.04830.2253上升0.00604.26660.00693.18490.01451.5830.04490.28390.03980.8324下降0.00474.32300.00643.72900.01341.8740.02411.64510.03940.8615上升0.00394.37500.00613.85800.01302.3220.04540.28370.03261.2576下降0.00634.23100.00843.62600.01482.8030.04710.12000.04910.1767上升0.00524.31400.00743.66500.01461.5460.04670.10600.04990.0368下降0.00473.52700.00723.69400.01461.6460.04670.12600.04140.7129上升0.00464.36100.00613.84600.01112.4300.03580.91200.04960.13410下降0.00354.40000.00573.90000.01202.1740.03840.75500.04910.121
2.1 在线量值溯源
武汉电力科学研究院校验仪准确度等级为0.001级，武汉计量中心流水线校验仪准确度等级为0.01级，传递标准准确度等级为0.05级.参考Q GDW 11278-2014《计量用低压电流互感器自动化检定系统校准方法》附录C中的测量不确定度评定示例，计算得到电科院实验室和计量中心流水线的扩展不确定度如表3所示.将传递标准分别在电科院实验室与计量中心流水线上测试得到比值差和相位差的均值，并根据式（1）计算得到En值，结果如表4所示.由表4可以看出，在电科院实验室和计量中心流水线测试En值均小于1，因此认为基本误差的量值溯源合格.
表3 实验室和计量中心流水线扩展不确定度
Tab.3 Expanded uncertainty of laboratory and assembly line of measurement center
数据来源比值差扩展不确定度相位差扩展不确定度电科院实验室0.00140.045计量中心流水线0.01150.450
表4 实验室和计量中心流水线测试均值
Tab.4 Test mean values of laboratory and assembly line of measurement center
测量参数满载1%比值差满载1%相位差满载5%比值差满载5%相位差满载20%比值差满载20%相位差满载100%比值差满载100%相位差满载120%比值差满载120%相位差电科院均值-0.00571.2643-0.00760.4637-0.00221.3376-0.00130.82930.00070.6646计量中心均值-0.01001.2892-0.00900.3510-0.00431.1923-0.00080.49090.00110.4131En值0.37380.05510.12000.24910.18130.32120.03970.74800.03800.5559
按照重复性的量值溯源方法，测量并计算得到电流互感器的误差数据.测量工位重复性及误差限值，结果如表5所示.由表5可以得出，计量中心流水线各个工位重复性均小于0.2 S级电流互感器误差限值的1/10，因此认为重复性的量值溯源合格.根据不同点比值差和相位差的标准偏差，可以绘制出对应仓位柱形图.
一致性、误检率、错检率的量值溯源与重复性的量值溯源类似，使用传递标准在计量中心流水线上测试误差数据并保存到数据库.在线计量检测系统读取并计算数据得到一致性、误检率、错检率的量值溯源结论，最后在前台界面进行显示.
表5 工位重复性及误差限值
Tab.5 Station repeatability and error limits
测试参数满载1%比值差满载1%相位差满载5%比值差满载5%相位差满载20%比值差满载20%相位差满载100%比值差满载100%相位差满载120%比值差满载120%相位差重复性0.00020.02310.00030.02540.00020.02620.00030.05570.00030.0339误差限值0.07503.00000.03501.50000.02001.00000.02001.00000.02001.0000
2.2 在线计量监督
在线计量监督需要对额定电流为1%、5%、20%、100%、120%下的比值差与相位差进行监督.每天分别在武汉电力科学研究院和武汉计量中心测试10组数据，一共测试5d，分别计算每天比值差与相位差的均值.控制限的上限和下限依据式（4）和式（5）得到，X0对应额定电流当天的总均值.A值参考GBT4091-2001《常规控制图》中表2计量控制图计算控制限的系数表，其中子组数为10，故A取0.494.σ0值参考JJG 313-2010《测量用电流互感器检定规程》中表2特殊使用要求的电流互感器的误差限制.武汉电科院与计量中心样品准确度等级分别为0.05级和0.2级，σ0为允许误差的1/5，故σ0的取值如表6所示.电科院实验室计算得到5d比值差与相位差均值如表7所示.计量中心流水线测试5d的比值差与相位差如表8所示.
表6 σ0取值
Tab.6 σ0 values
数据来源满载1%比值差满载1%相位差满载5%比值差满载5%相位差满载20%比值差满载20%相位差满载100%比值差满载100%相位差满载120%比值差满载120%相位差电科院0.020.80.010.40.010.40.010.40.010.4计量中心0.156.00.073.00.052.00.052.00.052.0
表7 实验室测试数据均值
Tab.7 Mean values of test data from laboratory
测试时间d满载1%比值差满载1%相位差满载5%比值差满载5%相位差满载20%比值差满载20%相位差满载100%比值差满载100%相位差满载120%比值差满载120%相位差1-0.00571.2643-0.00760.4637-0.00221.3376-0.00130.82930.00070.66462-0.00541.2568-0.00680.5040-0.00181.3408-0.00060.70640.00160.55823-0.00551.2606-0.00780.4706-0.00211.3378-0.00080.68930.00180.51144-0.00541.2704-0.00760.4833-0.00211.3716-0.00100.72540.00140.57165-0.00661.2815-0.00860.4924-0.00291.3664-0.00130.69450.00110.4788
表8 计量中心流水线测试数据均值
Tab.8 Mean values of test data from assembly line of measurement center
测试时间d满载1%比值差满载1%相位差满载5%比值差满载5%相位差满载20%比值差满载20%相位差满载100%比值差满载100%相位差满载120%比值差满载120%相位差1-0.010001.30300-0.012481.15300-0.012331.11938-0.011841.12566-0.012011.111122-0.012481.15300-0.009370.31810-0.005101.24159-0.002910.77549-0.001360.697903-0.012331.11938-0.008720.32237-0.004801.19298-0.002300.71681-0.000920.648804-0.011841.12566-0.008880.30640-0.004571.20986-0.001980.71202-0.000560.612655-0.012011.11112-0.008680.32610-0.004721.26724-0.002660.79093-0.001100.66756
根据电科院实验室与计量中心流水线比值差和相位差的计算数据，绘制出不同额定电流下比值差和相位差计量监督的控制图，其控制限应用界面如图3所示.核查期间，使用核查标准进行测试，可以直观地判断测试数据是否在控制限范围内.
3 结 论
本文提出了一种低压电流互感器自动化检定系统在线计量检测方法，利用传递标准和核查标准在主持实验室与参加实验室之间进行量值传递，从基本误差、重复性、一致性、错检率、误检率5个方面进行量值溯源，通过休哈特控制图检测误差，实现自动化检定系统的在线量值溯源和在线计量监督.在某计量中心的应用表明，在线计量检测可以避免流水线拆卸、运输困难等问题，实现在不影响工况下的在线量值溯源，缩短量值溯源周期，实现在线、实时监督，节省人力物力成本.为自动化检定系统在线计量检测提供技术支持.
图3 计量监督界面
Fig.3 Measurement supervision interfaces
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