溫度補償技術在配電一二次融合FTU中的應用

張瑞卿，蔣義然，禹 江，劉夢怡，康國政

（保定理工學院 河北 保定 071000）

1 引言

傳統配電網處于一次設備與二次設備獨立生產、配合運行的階段，這樣的運行方式導致一次二次設備功能割裂，配網產生故障責任難以界定，容易產生廠家之間相互推諉的問題。為了解決此類問題的發生，國家電網公司提出配網的一二次融合技術并進行推廣應用。兩者的快速融合一方面提高了配網的自動化發展進程，另一方面對二次設備FTU的穩定運行提出更高要求。

一次開關設備長期運行在戶外，大多高壓器件對于溫度反應靈敏度不高，溫度對于開關的性能作用基本沒影響。但伴隨著一二次融合的加速，二次設備FTU需長時間在高壓側開關旁工作，對電子元器件的工作性能提出更為嚴格的要求。溫度對FTU內部電子器件造成溫漂、功耗增大等不利影響[1]。針對傳統配電網二次設備的精度、遙信抖動等問題，本文提出溫度補償技術，通過對二次設備進行溫度的性能實驗，并對實驗結果進行分析計算，從而滿足國家電網對于配電終端FTU要求的檢測指標。

2 溫度對電子元器件的影響

對于電子產品而言，溫度是影響其內部元器件性能的最為重要的因素。溫度主要對電子元件中的電容和半導體器件產生作用來影響相關產品的性能[2]。當電子元器件處于不同的溫度環境中，會影響對應的產品輸出電壓。溫度因素之所以能對電子元件產生較大影響，主要與元件的制作材料有關。目前，大多數電子元件的制作材料為鋁電解電容，這種類型的電容耐高壓、容量大，但極易受溫度的影響。因此二次側FTU進行溫度測試時，相關的輸出參數影響明顯。

2.1 低溫環境影響分析

所謂低溫環境影響，是指當電子產品處于低溫環境時，觀察溫度對產品的影響。低溫實驗的目的在于確定產品在低溫條件下能否正常工作。

2.1.1 低溫環境對器件材料性能的影響

電子產品金屬材料由于使用材質的差異導致對應的低溫脆化溫度不同。當電子元器件位于低溫環境時，大部分的脆性出現在電路板的焊接區域或者焊接區域附近[3]。因此，對于FTU金屬材料出現低溫脆化的問題要重點探究，以保證二次側FTU在出現的寒冷天氣的戶外依然能正常運行。

2.1.2 低溫環境對器件參數性能的影響

低溫環境狀態下，二次側FTU的內部器件如電阻、電容等參數會產生變化，電阻值與電容值的改變會影響測量的準確度，進而影響控制輸出及參數的測量。

2.1.3 低溫環境出現的凝露和凍結問題

低溫環境狀態下，水汽如果在FTU控制器的內部電路板上產生凝露，會造成電路板短路從而引發安全事故；如果水汽在FTU 內部產生凍結，則控制器會操作失靈，功能失效，無法對高壓側開關產生作用。

2.2 高溫環境影響分析

所謂高溫環境影響是指當電子產品處于高溫環境時，觀察溫度對產品的的影響。高溫實驗的目的在于確定產品在高溫條件下能否正常工作。

2.2.1 高溫環境對器件材料性能的影響

高溫環境導致元器件無法散熱，絕緣性降低，部分材料高溫下可能出現化學分解影響產品的可靠使用。另外，對于元件中有涂漆層的部分，可能出現涂層起泡，影響產品的防腐性能；此外高溫條件還可能導致元件之間的尺寸出現變化，從而影響相鄰器件之間的安全間隙。

2.2.2 高溫環境對器件參數性能的影響

高溫環境狀態下，二次側FTU內部電阻、電容等參數會產生變化，影響測量精度，影響整體的工作性能，同時也會導致電子產品的使用壽命縮短。

3 FTU的溫度補償技術

在實際的二次側FTU使用過程中，為了保證FTU的測量精度和工作性能不受溫度變化影響而采取的一系列技術措施稱之為溫度補償技術。對FTU控制器進行溫度補償，降低由于溫度影響引起的測量誤差，是控制器設計領域的一個重要環節[4]。在實際應用中，溫度補償方法有兩種，分別為硬件補償和軟件補償。

3.1 硬件補償技術

硬件補償技術主要是在FTU內部電路板上運算放大器的輸入端增加熱敏電阻Rc，根據相應的電路中電阻阻值計算對應補償電阻與調零電阻的阻值，從而實現零點溫度補償；根據溫度測量的控制器輸出，調整運算放大器的相關參數實現靈敏度的調整。

硬件進行溫度補償的方法動態響應好，但由于控制器測量元器件零點和靈敏度受溫度變化差異性較大，因此硬件調試過程繁瑣，對技術人員水平要求較高，不適宜進行批量化應用。

3.2 軟件補償技術

所謂的軟件補償方法就是指將FTU采集到的數據傳至電腦，然后運用相關的數據處理軟件對數據進行溫度補償。這種方法具有較高的補償精度，成本低，使用方便。相對于硬件補償，軟件補償技術還可以發揮計算機的強大運算記憶功能。另外，借助于相應的測試軟件還可以將相應的測量誤差降低到最低。

4 測試與實驗

4.1 實驗準備

電腦及測試軟件、昂立品牌測試源、測試工裝線纜、滿足一二次融合的FTU單裝置（額定電流：5 A；零序電流：5 A；采樣電壓：雙AC 100 V；零序電壓：2.17 V）。

4.2 測試步驟

第1步：連接好實驗平臺，給裝置加電，確認裝置正常工作。

第2步：將裝置面板上“遠方/就地”撥碼撥至就地位置，可通過“狀態顯示-狀態遙信”查看遠方控制字為“0”即為可靠就地位置。

第3步：進入“裝置整定-設備管理參數-運行參數”進行保護CT類型、零序CT類型、零序電壓類型、電壓類型設置，退出全部保護。

第4步：使用測試軟件，設置裝置IP，并下載國網遙測、遙信、遙控碼表。

第5步：使用測試軟件將6個死區值改為0，生成采樣零漂，并打開監測。

第6步：輸入基準值100 V 5 A，在測試源電壓電流界面，分別輸入表1數據。

表1 100 V 5 A測試源電壓電流界面

并將裝置內精度自動調整，后在監測軟件上讀取參數，數值均在誤差范圍內。

第7步：低溫與高溫實驗。

第1組 低溫、高溫電壓9 V電流1 A UA UB UC：5.196

第2組 低溫、高溫電壓20 V電流2 A UA UB UC：11.547

第3組 低溫、高溫電壓30 V電流3 A UA UB UC：17.321

第4組 低溫、高溫電壓50 V電流4 A UA UB UC：28.868

第5組 低溫、高溫電壓65 V電流5 A UA UB UC：37.527

第6組 低溫、高溫電壓85 V電流6 A UA UB UC：49.076

第7組 低溫、高溫電壓100 V UA UB UC：57.737電流：6 A

第8組 低溫、高溫電壓120 V UA UB UC：69.284電流：6 A

4.3 測試注意事項

先做低溫實驗，將裝置放入低溫箱，斷電設置溫度-40 ℃，3 h，加電，觀察裝置均亮；后加電繼續低溫2 h，開始按照上表數據測試補償，進行數據截圖保存。

低溫實驗無問題后，繼續高溫，斷電設置溫度70 ℃，2.5 h，加電，觀察裝置均亮；后加電繼續高溫2 h，再次按照上表數據測試補償，進行數據截圖保存。

4.4 測試結果討論

觀察多次重復性實驗，對補償前后的測試數據進行分析對比，見圖1、圖2。

圖1 100 V 6 A補償前測試數據

圖2 100 V 6 A補償后測試數據

通過測試的結果可看出，使用軟件進行溫度補償后的測量誤差滿足國網檢測電壓、電流精度0.5級要求，精度準確，補償效果顯著。

5 結語

本文針對一二次融合中二次FTU的工作性能易受溫度影響的問題，提出了溫度補償技術，并通過實驗方法驗證了低溫與高溫的溫度變化都會影響FTU采集數據精確度，溫度補償技術的應用可以減少誤差滿足國網檢測要求。未來二次側FTU的廣泛應用將對電力系統特別是變電站產生深遠影響，同時不斷提高FTU的精確度會顯得尤為重要[5-6]。