温度补偿技术在配电一二次融合FTU中的应用

张瑞卿，蒋义然，禹 江，刘梦怡，康国政

（保定理工学院 河北 保定 071000）

1 引言

传统配电网处于一次设备与二次设备独立生产、配合运行的阶段，这样的运行方式导致一次二次设备功能割裂，配网产生故障责任难以界定，容易产生厂家之间相互推诿的问题。为了解决此类问题的发生，国家电网公司提出配网的一二次融合技术并进行推广应用。两者的快速融合一方面提高了配网的自动化发展进程，另一方面对二次设备FTU的稳定运行提出更高要求。

一次开关设备长期运行在户外，大多高压器件对于温度反应灵敏度不高，温度对于开关的性能作用基本没影响。但伴随着一二次融合的加速，二次设备FTU需长时间在高压侧开关旁工作，对电子元器件的工作性能提出更为严格的要求。温度对FTU内部电子器件造成温漂、功耗增大等不利影响[1]。针对传统配电网二次设备的精度、遥信抖动等问题，本文提出温度补偿技术，通过对二次设备进行温度的性能实验，并对实验结果进行分析计算，从而满足国家电网对于配电终端FTU要求的检测指标。

2 温度对电子元器件的影响

对于电子产品而言，温度是影响其内部元器件性能的最为重要的因素。温度主要对电子元件中的电容和半导体器件产生作用来影响相关产品的性能[2]。当电子元器件处于不同的温度环境中，会影响对应的产品输出电压。温度因素之所以能对电子元件产生较大影响，主要与元件的制作材料有关。目前，大多数电子元件的制作材料为铝电解电容，这种类型的电容耐高压、容量大，但极易受温度的影响。因此二次侧FTU进行温度测试时，相关的输出参数影响明显。

2.1 低温环境影响分析

所谓低温环境影响，是指当电子产品处于低温环境时，观察温度对产品的影响。低温实验的目的在于确定产品在低温条件下能否正常工作。

2.1.1 低温环境对器件材料性能的影响

电子产品金属材料由于使用材质的差异导致对应的低温脆化温度不同。当电子元器件位于低温环境时，大部分的脆性出现在电路板的焊接区域或者焊接区域附近[3]。因此，对于FTU金属材料出现低温脆化的问题要重点探究，以保证二次侧FTU在出现的寒冷天气的户外依然能正常运行。

2.1.2 低温环境对器件参数性能的影响

低温环境状态下，二次侧FTU的内部器件如电阻、电容等参数会产生变化，电阻值与电容值的改变会影响测量的准确度，进而影响控制输出及参数的测量。

2.1.3 低温环境出现的凝露和冻结问题

低温环境状态下，水汽如果在FTU控制器的内部电路板上产生凝露，会造成电路板短路从而引发安全事故；如果水汽在FTU 内部产生冻结，则控制器会操作失灵，功能失效，无法对高压侧开关产生作用。

2.2 高温环境影响分析

所谓高温环境影响是指当电子产品处于高温环境时，观察温度对产品的的影响。高温实验的目的在于确定产品在高温条件下能否正常工作。

2.2.1 高温环境对器件材料性能的影响

高温环境导致元器件无法散热，绝缘性降低，部分材料高温下可能出现化学分解影响产品的可靠使用。另外，对于元件中有涂漆层的部分，可能出现涂层起泡，影响产品的防腐性能；此外高温条件还可能导致元件之间的尺寸出现变化，从而影响相邻器件之间的安全间隙。

2.2.2 高温环境对器件参数性能的影响

高温环境状态下，二次侧FTU内部电阻、电容等参数会产生变化，影响测量精度，影响整体的工作性能，同时也会导致电子产品的使用寿命缩短。

3 FTU的温度补偿技术

在实际的二次侧FTU使用过程中，为了保证FTU的测量精度和工作性能不受温度变化影响而采取的一系列技术措施称之为温度补偿技术。对FTU控制器进行温度补偿，降低由于温度影响引起的测量误差，是控制器设计领域的一个重要环节[4]。在实际应用中，温度补偿方法有两种，分别为硬件补偿和软件补偿。

3.1 硬件补偿技术

硬件补偿技术主要是在FTU内部电路板上运算放大器的输入端增加热敏电阻Rc，根据相应的电路中电阻阻值计算对应补偿电阻与调零电阻的阻值，从而实现零点温度补偿；根据温度测量的控制器输出，调整运算放大器的相关参数实现灵敏度的调整。

硬件进行温度补偿的方法动态响应好，但由于控制器测量元器件零点和灵敏度受温度变化差异性较大，因此硬件调试过程繁琐，对技术人员水平要求较高，不适宜进行批量化应用。

3.2 软件补偿技术

所谓的软件补偿方法就是指将FTU采集到的数据传至电脑，然后运用相关的数据处理软件对数据进行温度补偿。这种方法具有较高的补偿精度，成本低，使用方便。相对于硬件补偿，软件补偿技术还可以发挥计算机的强大运算记忆功能。另外，借助于相应的测试软件还可以将相应的测量误差降低到最低。

4 测试与实验

4.1 实验准备

电脑及测试软件、昂立品牌测试源、测试工装线缆、满足一二次融合的FTU单装置（额定电流：5 A；零序电流：5 A；采样电压：双AC 100 V；零序电压：2.17 V）。

4.2 测试步骤

第1步：连接好实验平台，给装置加电，确认装置正常工作。

第2步：将装置面板上“远方/就地”拨码拨至就地位置，可通过“状态显示-状态遥信”查看远方控制字为“0”即为可靠就地位置。

第3步：进入“装置整定-设备管理参数-运行参数”进行保护CT类型、零序CT类型、零序电压类型、电压类型设置，退出全部保护。

第4步：使用测试软件，设置装置IP，并下载国网遥测、遥信、遥控码表。

第5步：使用测试软件将6个死区值改为0，生成采样零漂，并打开监测。

第6步：输入基准值100 V 5 A，在测试源电压电流界面，分别输入表1数据。

表1 100 V 5 A测试源电压电流界面

并将装置内精度自动调整，后在监测软件上读取参数，数值均在误差范围内。

第7步：低温与高温实验。

第1组 低温、高温电压9 V电流1 A UA UB UC：5.196

第2组 低温、高温电压20 V电流2 A UA UB UC：11.547

第3组 低温、高温电压30 V电流3 A UA UB UC：17.321

第4组 低温、高温电压50 V电流4 A UA UB UC：28.868

第5组 低温、高温电压65 V电流5 A UA UB UC：37.527

第6组 低温、高温电压85 V电流6 A UA UB UC：49.076

第7组 低温、高温电压100 V UA UB UC：57.737电流：6 A

第8组 低温、高温电压120 V UA UB UC：69.284电流：6 A

4.3 测试注意事项

先做低温实验，将装置放入低温箱，断电设置温度-40 ℃，3 h，加电，观察装置均亮；后加电继续低温2 h，开始按照上表数据测试补偿，进行数据截图保存。

低温实验无问题后，继续高温，断电设置温度70 ℃，2.5 h，加电，观察装置均亮；后加电继续高温2 h，再次按照上表数据测试补偿，进行数据截图保存。

4.4 测试结果讨论

观察多次重复性实验，对补偿前后的测试数据进行分析对比，见图1、图2。

图1 100 V 6 A补偿前测试数据

图2 100 V 6 A补偿后测试数据

通过测试的结果可看出，使用软件进行温度补偿后的测量误差满足国网检测电压、电流精度0.5级要求，精度准确，补偿效果显著。

5 结语

本文针对一二次融合中二次FTU的工作性能易受温度影响的问题，提出了温度补偿技术，并通过实验方法验证了低温与高温的温度变化都会影响FTU采集数据精确度，温度补偿技术的应用可以减少误差满足国网检测要求。未来二次侧FTU的广泛应用将对电力系统特别是变电站产生深远影响，同时不断提高FTU的精确度会显得尤为重要[5-6]。