Đánh giá độ không chắc chắn của phép đo và Hướng dẫn xây dựng năng lực phòng thí nghiệm về kiểm tra độ bền điện của dầu cách điện
Một sự không phù hợp được tìm thấy trong quá trình đánh giá: "Chúng tôi có thể đo, nhưng chúng tôi không thể nói kết quả đáng tin cậy đến mức nào"
Trong quá trình đánh giá công nhận CNAS đối với một phòng thí nghiệm kiểm tra điện lực, nhóm đánh giá đã xem xét các báo cáo thử nghiệm điện áp đánh thủng dầu cách điện, với đầy đủ dữ liệu và kết luận rõ ràng. Tuy nhiên, khi các giám khảo hỏi, "Đối với kết quả 36 kV này, độ không chắc chắn của phép đo là bao nhiêu và theo quy tắc nào để phán đoán sự phù hợp?", nhân viên tại chỗ không thể trả lời - báo cáo chỉ đưa ra một giá trị đo duy nhất và kết luận "đạt", không có đánh giá độ không chắc chắn hoặc quy tắc phán đoán sự phù hợp gần giới hạn. Do đó, phòng thí nghiệm đã bị đưa ra một sự không phù hợp và dự án liên quan đã bị đình chỉ việc phát hành báo cáo cho các bên bên ngoài.
Đây không phải là một trường hợp cá biệt. Nhiều phòng thí nghiệm về điện áp chịu đựng của dầu tập trung vào "liệu người vận hành có thể vận hành thiết bị và đưa ra số đọc" hay không, nhưng lại bỏ qua vấn đề đo lường cơ bản: mọi phép đo đều mang sai số, và kết quả đo chỉ là ước tính của đại lượng đo. Chỉ khi độ không chắc chắn được nêu ra thì kết quả mới hoàn chỉnh, có thể so sánh và sử dụng được cho việc đánh giá sự phù hợp.
Tại sao các phòng thí nghiệm về điện áp chịu đựng của dầu phải đánh giá độ không chắc chắn của phép đo
- Yêu cầu bắt buộc của tiêu chí công nhận: CNAS-CL01 (tương đương ISO/IEC 17025) yêu cầu các phòng thí nghiệm phải đánh giá độ không chắc chắn của phép đo khi cần thiết và nêu rõ trong báo cáo; khi phương pháp thử nghiệm, yêu cầu của khách hàng hoặc kết quả ảnh hưởng đến việc phán đoán sự phù hợp, độ không chắc chắn phải được phản ánh.
- Nhu cầu khách quan để phán đoán gần giới hạn: khi điện áp đánh thủng đo được gần với giới hạn tiêu chuẩn (ví dụ: giới hạn 35 kV cho thiết bị 220 kV đang hoạt động, với giá trị đo là 35,8 kV), việc phán đoán "đạt" chỉ dựa trên con số có thể dẫn đến phán đoán sai; độ không chắc chắn phải được tính đến.
- Cơ sở để công nhận dữ liệu quốc tế và phân xử tranh chấp: kiểm tra năng lực, so sánh liên phòng thí nghiệm và tranh chấp dữ liệu giữa khách hàng và nhà cung cấp cuối cùng dựa vào các công cụ thống kê như độ không chắc chắn và giá trị En để đưa ra kết luận khách quan.
- Cơ sở để phòng thí nghiệm tự cải thiện chất lượng: bằng cách xác định các thành phần độ không chắc chắn riêng lẻ, các khâu chính ảnh hưởng đến kết quả có thể được tìm thấy và cải thiện một cách có mục tiêu.
Nguyên lý đo lường và các nguồn độ không chắc chắn (5M1E)
Trong thử nghiệm độ bền điện của dầu cách điện, một điện áp xoay chiều tăng dần với tốc độ đồng đều được đặt giữa hai điện cực hình cầu trong cốc dầu tiêu chuẩn cho đến khi mẫu dầu bị đánh thủng, và điện áp tại thời điểm đánh thủng được ghi lại; một vài phép đo liên tiếp (mặc định là 6) được lấy trung bình. Sử dụng khuôn khổ 5M1E (Con người, Máy móc, Vật liệu, Phương pháp, Môi trường, Đo lường), các nguồn độ không chắc chắn có thể được xác định một cách có hệ thống:
Thiết bị: Máy thử độ bền điện dầu cách điện một cốc, nút bấm 80 kV, cấu trúc để bàn tích hợp
| Thông số | Thông số kỹ thuật | Ý nghĩa đối với độ không chắc chắn / đo lường |
|---|---|---|
| Điện áp đầu ra | 0~80 kV | Xác định phạm vi và khoảng đo |
| Sai số chỉ thị điện áp | ±(2% giá trị đọc + 2 chữ số) | Nguồn chính của độ không chắc chắn Loại B; được điều chỉnh bởi giấy chứng nhận hiệu chuẩn |
| Độ phân giải điện áp | Màn hình kỹ thuật số tinh thể lỏng | Độ không chắc chắn do độ phân giải gây ra; tránh đếm trùng với sai số chỉ thị |
| Tốc độ tăng điện áp | 0,5~5,0 kV/s theo mười bước, sai số 0,2 kV/s | Độ lệch tốc độ ảnh hưởng đến giá trị đánh thủng; thường là một thành phần nhỏ |
| Điện cực / khe hở | Điện cực hình cầu, tiêu chuẩn 2,5 mm, có thang đo tiêu chuẩn | Độ lệch khe hở ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả; phải được hiệu chuẩn có truy xuất nguồn gốc |
| Méo hài nguồn điện | <1% | Đảm bảo dạng sóng hình sin; độ lệch dạng sóng là một thành phần nhỏ |
| Số lượng thử nghiệm | Mặc định 6, có thể chọn 1~10 | Ảnh hưởng đến độ tin cậy của đánh giá Loại A |
| Thời gian nghỉ tĩnh / khoảng thời gian / khuấy trộn | 900 giây / 300 giây / 15 giây, có thể điều chỉnh | Vận hành tiêu chuẩn hóa giảm sự phân tán |
| Bắt giữ điểm đánh thủng | Bắt giữ ở cấp mili giây, lấy mẫu A/D trực tiếp tại đầu cuối HV | Giảm sai số bắt giữ quá độ |
| Điều kiện môi trường | 0~40℃, độ ẩm ≤85% | Cơ sở để đánh giá thành phần môi trường |
| Giao tiếp | Tải lên RS232 | Đảm bảo truy xuất nguồn gốc dữ liệu thô |
| Kích thước / trọng lượng | 430*350*370 mm, 36 kg | Để sử dụng cố định / tại chỗ |
Quy trình tiêu chuẩn để đánh giá độ không chắc chắn của phép đo
Ví dụ thực tế: Tính toán độ không chắc chắn hoàn chỉnh
Đối với một mẫu dầu từ máy biến áp 220 kV đang hoạt động, sáu giá trị đánh thủng liên tiếp theo GB/T 507-2002 là: 42,1, 41,5, 43,0, 42,6, 41,9, 42,4 (kV). Đánh giá như sau:
| Bước | Quy trình tính toán | Kết quả |
|---|---|---|
| Ước tính tốt nhất | Trung bình cộng của 6 lần đọc | 42,25 kV |
| Độ lệch chuẩn thực nghiệm s | Công thức Bessel | 0,53 kV |
| Độ không chắc chắn chuẩn Loại A uA | s/√6 | 0,22 kV |
| Loại B: nửa khoảng a của sai số chỉ thị điện áp | 2% * 42,25 + 2 chữ số (lấy là 0,2 kV) | 1,05 kV |
| Độ không chắc chắn chuẩn Loại B uB | a/√3 (phân bố hình chữ nhật) | 0,60 kV |
| Độ không chắc chắn kết hợp uc | √(uA² + uB²) | 0,64 kV |
| Độ không chắc chắn mở rộng U | k = 2 (khoảng 95%), U = 2uc | 1,3 kV |
| Kết quả báo cáo: điện áp đánh thủng = 42,3 kV, độ không chắc chắn mở rộng U = 1,3 kV (k = 2). Lưu ý: các thành phần như tốc độ tăng điện áp, khe hở điện cực và dạng sóng có ảnh hưởng nhỏ trong các điều kiện này hoặc được kiểm soát thông qua hiệu chuẩn; thành phần độ phân giải đã được bao gồm trong sai số chỉ thị và độ lặp lại và không được tính lại. Đánh giá thực tế phải dựa trên giấy chứng nhận hiệu chuẩn hợp lệ của thiết bị, dữ liệu độ lặp lại của phòng thí nghiệm và kết quả xác nhận phương pháp. | ||
Quy tắc "Ba vùng" để đánh giá sự phù hợp có tính đến độ không chắc chắn
Điện áp đánh thủng là một chỉ số giới hạn dưới, trong đó "giá trị càng lớn càng phù hợp". Gọi L là giới hạn tiêu chuẩn. Có tính đến độ không chắc chắn mở rộng U, ba trường hợp được phân biệt:
| Vùng | Điều kiện phán đoán | Hành động |
|---|---|---|
| Vùng đạt | Giá trị đo - U ≥ L | Phán đoán là đạt |
| Vùng không đạt | Giá trị đo + U ≤ L | Phán đoán là không đạt |
| Vùng không xác định (vùng bảo vệ) | Khoảng [giá trị đo - U, giá trị đo + U] cắt qua L | Tăng số lượng phép đo để kiểm tra lại / cải thiện mức độ đo / xử lý theo thỏa thuận; không đưa ra phán đoán tuyệt đối |
Trong ví dụ này L = 35 kV: 42,3 - 1,3 = 41,0 ≥ 35, do đó được phán đoán là đạt.
Nếu giá trị đo là 35,8 kV: 35,8 - 1,3 = 34,5 < 35, rơi vào vùng không xác định; cần kiểm tra lại thay vì đạt ngay lập tức.Nếu giá trị đo là 33,0 kV: 33,0 + 1,3 = 34,3 ≤ 35, do đó được phán đoán là không đạt.
Kiểm tra năng lực (PT) và So sánh liên phòng thí nghiệm
Điểm Z của kiểm tra năng lực
Khi tham gia chương trình kiểm tra năng lực, điểm Z được tính bằng Z = (kết quả phòng thí nghiệm - giá trị được gán) / độ lệch chuẩn để đánh giá năng lực: |Z| ≤ 2 là kết quả thỏa mãn; 2 < |Z| < 3 là đáng ngờ; |Z| ≥ 3 là không thỏa mãn (ngoại lệ), cần có hành động khắc phục.
Giá trị En so sánhKhi so sánh với phòng thí nghiệm khác hoặc phòng thí nghiệm tham chiếu, En = (kết quả của mình - giá trị tham chiếu) / √(U²của mình + U²tham chiếu): |En| ≤ 1 được phán đoán là thỏa mãn; nếu không, sự so sánh không nhất quán và nguyên nhân phải được điều tra.Biểu đồ kiểm soát chất lượng và kiểm tra trung gian
Biểu đồ kiểm soát chất lượng: sử dụng mẫu dầu kiểm soát chất lượng ổn định để đo định kỳ nhằm thiết lập biểu đồ kiểm soát X (trung bình) - MR (khoảng di động), đặt đường trung tâm cộng với giới hạn trên/dưới và giới hạn cảnh báo, để theo dõi xem kết quả có liên tục nằm trong tầm kiểm soát hay không; sự dịch chuyển dai dẳng, xu hướng hoặc sự cố ngoài giới hạn sẽ kích hoạt cảnh báo sớm.
Kiểm tra trung gian: giữa hai lần hiệu chuẩn chính thức, duy trì độ tin cậy của thiết bị thông qua các phương pháp như kiểm tra lại các mẫu lưu giữ, kiểm tra bằng vật liệu tham chiếu và so sánh thiết bị.
Khoảng thời gian hiệu chuẩn/xác minh: hệ thống đo điện áp và khe hở điện cực (thang đo tiêu chuẩn) nên được hiệu chuẩn có truy xuất nguồn gốc định kỳ, thường là một năm một lần; khoảng thời gian nên được rút ngắn đối với việc sử dụng thường xuyên hoặc điều kiện bất thường.
Sáu khó khăn và giải pháp điển hình về đo lường và kiểm soát chất lượng
Khó khăn điển hình
Triệu chứng / rủi ro
Giải pháp
| Thành phần Loại A không đáng tin cậy | Sự phân tán đánh thủng lớn, chỉ có 6 lần đọc, ước tính độ lệch chuẩn không ổn định | Tiêu chuẩn hóa thời gian nghỉ tĩnh và khuấy trộn, tăng số lượng phép đo và sử dụng độ lệch chuẩn gộp |
|---|---|---|
| Thành phần Loại B bị bỏ sót hoặc đếm trùng | Độ phân giải, sai số chỉ thị và độ lặp lại được đếm nhiều lần | Vẽ sơ đồ nguyên nhân - kết quả để sắp xếp từng thành phần; các thành phần đã có sẽ không được đánh giá lại |
| Tranh chấp sự phù hợp gần giới hạn | Kết quả "trên vạch" chỉ đơn giản là phán đoán đạt/không đạt | Áp dụng quy tắc ba vùng; kiểm tra lại hoặc đàm phán phán đoán trong vùng không xác định |
| Trộn lẫn kết quả từ các tiêu chuẩn khác nhau | GB 507 và IEC 60156 khác nhau về các thông số phương pháp | Nêu rõ phương pháp sử dụng trong báo cáo, đánh giá riêng biệt và không áp dụng quy tắc của tiêu chuẩn này sang tiêu chuẩn khác |
| Ngoại lệ trong kiểm tra năng lực | |Z| ≥ 3 hoặc |En| > 1 | Điều tra theo 5M1E (thường là các vấn đề về lấy mẫu/điện cực/hiệu chuẩn), khắc phục, sau đó xác minh |
| Độ không chắc chắn lấy mẫu bị bỏ qua | Tính đại diện của mẫu kém; kết quả không phản ánh được tình trạng thực tế của thiết bị | Thiết lập quy trình lấy mẫu chuẩn (hộp sạch, khô; tráng; bảo vệ khỏi ẩm và bụi; điểm lấy mẫu đại diện), đánh giá và kiểm soát thành phần lấy mẫu |
| Kịch bản ứng dụng | Phòng thí nghiệm thử nghiệm bên thứ ba: đơn xin công nhận CNAS, duy trì và mở rộng phạm vi, đáp ứng các yêu cầu về độ không chắc chắn và kiểm tra năng lực. | Viện nghiên cứu kiểm tra điện lực / Viện nghiên cứu điện lực: thử nghiệm hóa dầu, tổ chức so sánh và phân xử kỹ thuật. |
Phòng thí nghiệm trung tâm của các doanh nghiệp phát điện/cung cấp điện: kiểm soát chất lượng nội bộ và kiểm soát dữ liệu mạng giám sát.
- Tổ chức đo lường và hiệu chuẩn: hiệu chuẩn hệ thống chỉ thị máy thử điện áp chịu đựng dầu và chuyển giao độ không chắc chắn.
- Phòng thí nghiệm kiểm soát chất lượng của các nhà sản xuất dầu: chứng minh độ tin cậy của dữ liệu kiểm tra nhà máy.
- Phòng thí nghiệm của người dùng công nghiệp lớn: vận hành hệ thống chất lượng của các phòng thí nghiệm nội bộ trong các ngành luyện kim, hóa dầu và vận tải đường sắt.