科学论坛 Ｃｈｉｎａ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ ●Ｉ 电容分压型电子式电压互感器温度补偿 赵含刘树林关宇欣 （西安科技大学陕西西安７１００５４） ［摘要】电容分压型电子式电压互感器的测量精度受环境温度影响产生温度漂移，会引起较大的测量误差和保护误动作，需要对测量结果进行修正；分析 了环境温度与测量结果之间的联系，提出了利用最小二乘算法对策略数据进行分析、处理，从而解决电子式互感器温度漂移的问题。 ［关键词］电子式电压互感器；温度漂移；最小二乘法； 中图分类号：１’Ｍ４５１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１４）４６—０１８１－０２ 电压互感器主要用于电力系统中的电压测量和电能计量，随着光纤传感技 术、光纤通信技术的飞速发展、智能电网概念的提出，传统的电压互感器因自身 传感机理所限而呈现出种种难以克服的问题：如体积大，造价高，铁磁谐振，绝 缘结构日趋复杂，已不能满足电力系统自动化、数字化的发展要求。电子式电压 互感器将系统中被测的电压Ｎｇ＂通过转换器和传输系统转换成数字信号，输出 至二次检测设备或保护设备，这种方式相对于传统电压互感器，优点在于更加 的安全，高精度，宽频带，体积小，重量轻，造价低廉【】１。电子式电压互感器根据 工作原理主要分为无源式和有源式两种，由于后者在技术和成本上需求比较 低，有源电子式互感器的按照传感器类型又主要分为两种：电阻分压型和电容 分压型，电容分压型电子式互感器的传感器采用电容分压器，相比电阻分压器 来说，其受温度影响小，耐受电压高，稳定性高，是电子式互感器研究的主流。 由于电容分压型电子式互感器中采用了有源电子器件，所以在实际运行中 必须考虑温度漂移对其测量准确度的影响，温度漂移在电子式电压互感器中， 会造成运算放大器零点漂移，以及电路中的晶振频率改变。直接影响Ａ／Ｄ转换 的测量结果和采样周期，使互感器的测量误差增大，严重时会引起保护设备误 动作。 本文对电子式电压互感器在不同工作温度下的数据样本进行采样，利用最 小二乘法，拟合温度漂移曲线，自动补偿因工作温度变化造成数据误差，消除温 度漂移造成的影响。 一．电窖分压型电子式电压互感器温度特性 以电容分压型电子式电压互感为例，电容分压器是采用电容串联分压的原 理，通过选取合适的分压比，将母线被测高电压转换成适合Ａ／Ｄ转换和数据处 理的中间电压，电容分压型电子式互感器框图见图１。 电容分压型电子式电压互感器主要包含２１ ，一个是用于耦合、分压的 电容分压器部分，也就是一次部分，另一个是进行Ａ／Ｄ转换、信号处理的数据处 理系统，也就是二次部分。由于电容分压器中的电容元件处于相同的环境温度， 拥有相同的温度系数，温度变化对电容分压器分压比的影响几乎可以忽略不 计，所以温度对电子式电压互感器的影响主要来自于数据处理系统。 电子式电压互感器数据处理系统主要包含数模转换器、运算放大器、滤波 器等元器件，所以数据处理系统的温度特性主要取决于其中所使用的电阻元 件。电阻元件的阻值一温度特性关系式如下： Ｒｒ：置ｏ（ｉ＋ 矗吩 Ｃ１） 式中，屁 为电阻在Ｔ℃时的阻值 ａ为电阻在０℃时的阻值 为电阻温度特性曲线斜率 △ｌ为环境温度变化量 由式（１）得知，电阻工作温度从Ｏ℃变化到ｚ℃时，其阻值的变化量为 图Ｉ电容分压型电子式互感器框图 ０ ３一 ｕ －… ０ ２； … … － ０１： ． … … ；。 。。 …… ＾相 ■一 二 ＿ｌｌ１ｌ＿ 一 ■ ＿ｌ＿ ■、１臻 ０ ４ 一 － — ， ０ ５ －，… 一 … ，… Ｏ ６ ， ，，， ， ０ Ｔ ，， ，，● ……－一 一 磐嚼 曙晤 雩 罾粤野四 曾 雩 粤粤 品面 面 ｌ ｌ ｌ《ｌ｛ｌ ｌ ｌ ｌ ｌ 图２温度～误差关系 Ａ席：麝ｔ（童＋ △ （２） 在数据处理系统的工作过程中，如果工作环境温度变化较大，这些因为温 度变化产生的温漂必然会影响测量准确度，除了尽可能选用具有低温漂系数的 元件以外，还可以在数据处理系统中采用温度补偿的办法减小测量误差 。 ＝．温度补偿 根据电子式电压互感器在电力系统中的实际应用，温度范围应在一３５℃一 ＋４０１２内，在此范围内电压互感器的计量级测量精度为０．２，测量级精度为０．５，保 护级精度为３Ｐ。以变电站电子式电压互感器实测数据为例，其误差特性见图２。 由图中所列试验数据可知，电子式电压互感器输出数据随温度变化较明 显，在工作环境温度在一２０℃以下时，互感器输出精度误差较大，已基本不能满 足计量需求，为实现更为完善的误差校正，可以采集各个温度状态下的数据，推 导当温度变化时数据处理系统输出数据与温度的关系，建立高精度的温度误差 模型，再通过温度补偿修正输出数据。 在被测量不变的情况下，电子式电压互感器数据处理系统工作环境温度与 该温度下二次输出数据的解析表达式是： ｔ＇ｆｔ） （３） 当知道某一温度耶寸，就可以通过计算得出该时刻二次输出电压的数字 量，并对照标准输出可以得出该温度下因温度漂移产生的电压误差。 对满足一定关系的输出温度一电压数据（ｆｔ ｕ ）－《＝０，１…ｎ拟合，拟合函数 为： ＝ ｆ（ｉ牛 ｉ△ ）斗口 △ （４） 式中：为经温度校正的输出电压值，为拟合后的输出电压值；为拟合温度与 标准温度之差 的值，怯ｉ和盘２为温度变化系数，分别用于校正因为温度变化 而引起的灵敏度漂移和零点漂移［３１。 根据最小二乘原理确定校正系数穗ｉ和 ２，使得电压校正值 与理想值 髓的误差平方和为： ｌ ∑ ｛ ∑ ÷ ａｓ）十 。ｌ （５） 要使得电压校正值与电，ＮＮ想值误差最小，须令其误差平方和最小，即令： ＝。Ｉ（ ∞ 得： ＝ （６） 其中： 巩：眭 Ｄ１ Ｄ： ＝∑（蚺 ：＝ ＝ （ △ ）；钆：＝∑ ） Ｋ＝∑ 。 州，。 ＝∑ ）】 按照标准输出，工作温度为２５１２时的数据进行拟合，可以得到标准状态下 的电压与温度的线性关系，再参照图２中的实测数据，对各个温度点的数据进行 拟合，得到各个温度点下电压 与 温度的线性关系。 三．温度补偿试验 在高低温实验室中在３５＂（２ ＋４５℃温度范围内对数据处理系统样机进行温 度特性试验，温度每变化５℃时记录一次，每次记录３个数据，并取３个数据的平 均值为该温度下的测量数据。根据测量所得的试验数据，用各个温度下的测量 数据减去标准值，得到该温度下的测量误差值 ，并绘制出误差曲线，用最小二 乘法进行曲线拟合，最后用直线方程算出各个温度下的实际数据。通过试验验 科技博览ｌ １８１ 科学论坛 Ｉ■ Ｃｈｉｎａ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｖ 论变电站综合自动化系统通信故障的处理方法 刘超 （国网山东泗水县供电公司） ［摘要］变电站综合自动化系统是保证电力系统安全，稳定运行的重要组成部分，通信故障是综自系统中常见故障，文章通过总结工作中出现的各类通信 故障，提出故障查找和处理方法，并提出快速解决综自系统通信故障和提高综自系统通信稳定性的建议。 ［关键词］综合；自动化系统；通信故障，故障处理 中图分类号：ＴＭ７６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１４）４６—０１８２—０１ 随着电网自动化程度的提高，综合自动化接人的信号由原来简单的遥信、 ｆ 遥测、摇控、遥调等四遥信号发展到微机保护、直流系统、绝缘系统、消防系统、 软件故障也是造成通信中断的重要因素 其常见的有规约不匹配、网络驱 防误五防等各类自动装置。自动化系统和其他相关设备的通信手段也越来越多 动问题、网络配置问题、地址设置问题，处理方法各异。 样化了。从原来的ＲＳ－２３２、ＲＳ－４８５，ＲＳ－４２２到ＣＡＮ网、ＦＦ等各种现场总线， 网络配置问题，在进行网络规划的时候要注意网络的负载，特别是总线型 以及采用局域网技术的ＣＳＭＡ／ＣＤＰＪ，Ｊ￣网协议。采用的通信介质有普通通信电 的网络，由于现有的综自系统多采用分布分散式结构，系统正常运行的时候，通 缆、五类线、屏蔽电缆、现场总线专用的电缆，普通电缆、同轴电缆、光缆等。由于 信正常。而当电力系统发生故障的时候，这个时候大量节点有报文要求上传，容 通信方式的多样化和复杂性的不断增长，通信出现故障的概率也越来越高。因 易造成了网络堵塞。发生丢包现象和整个网络瘫痪问题。 为通信故障而造成的自动化故障也经常出现，而自动化系统的可靠性关系到变 装置地址问题，对各个节．氟的网络地址和子网掩码要正确设置。一般情况 电站的实时正确运行。 对于装置网络地址，由于其关系到整个系统数据正确性问题，包括遥控，工作中 一、通信问题可分为硬件问题和软件问题。硬件常见的问题有电源工作电 都比较重视，而子网掩码相对比较容易疏忽，特别有些厂站贼０分不是采用国 压问题、电磁干扰问题、接口接触不良问题、匹配电阻问题。软件问题有规约不 际标准的Ａ类、Ｂ类、Ｃ类地址，这样默认的子网掩码就不是实际上的应用的子 匹配、网络驱动问题、网络配置问题、地址设置问题等。 网掩码。因为现有的自动化系统采用的通信方式子站是采用广播报文向后台主 电源问题在通信故障中较常见，却又比较难以发现和定位。经过多年的运 机和远动主机上送数据，如果节点同后台主机或者远动主机所设的子网掩码不 行，开关电源的电容由于长期运行发生老化，带载能力下降。工作中检查电源板 同，而节点上传的广播报文被后台主机或远动主机当成无用的报文而丢弃，从 电压其下载幅度并不大，往往保护还能正常运行，并没有什么告警信号。而其通 而造成网络通信中断问题。 ・ 信模块驱动由于对工作电压比较敏感，常报保护通信故障。在实践中，如果系统 软件故障引起的通信故障还有可能是由于软故障造成的，现有的综合自动 已经运行过了五年以上，而检查又没有别的配置的问题，查电源如果输出比较 化系统功能越来越强，其软件的复杂度也越来越高，加上每天都有大量的实时 小，则可能就是电源故障问题，建议更换新电源。 数据要处理和处于高压变电站这种强电磁场影响，软件出现走死的现象是很难 自动化所连接的设备大多位于高压变电站，有些还处于开关场，现场的电 避免。如果看门狗程序未检测到，则会发生通信故障。这个时候只需要对相应模 磁条件恶劣，平时就受到了高压电场的影响。如果事故时还会受到开关跳闸开 块进行重启即可。软故障一般重启就可以解决问题，但如果某程序经常出现故 断故障电流产生的电磁涌流。如果是装置本身设计问题，或者通信的屏蔽接地 障的话就要考虑是否程序中的存在ＢＵＧ还是硬件问题，要对装置进行相应的 不好的话。很可能造成短时通信故障，而这时丢失的数据又往往是重要的数据， 检查。如果故障集中出现在某个装置，则硬件问题可能性大，如果出现故障的装 所以从设计到施工安装维护都要注意抗电磁干扰问题。 置比较随机，则软件故障比较大。 网络出现中断，很多时候问题是接触不良，如ＲＪ一４５头没做好，网卡没插 三、上面讲述了笔者在工作中对综合自动化系统通信故障问题的一些总 好，同轴电缆头未焊接好，通信线未拧紧。工作中曾经有一个综自监控站，通过 结。在实际工作中，如果是在安装调试阶段或者装置重装，出现软件问题可能性 调度数据网与调度主站连接，但是经常发生误码多和通信中断现象。检查网络 比较大。如果是正常运行后出现故障，则硬件问题的可能性比较大。排查故障， 普通的ＨＮＧ命令返回又正常，但是ＰＩＮＧ长包时又出现丢包问题，并出现时断 要注重故障现象，对其进行分析，确定故障点，再进行处理。 时续问题。经分段检查，发现路由器到通信光端机的同轴电缆头有虚焊现象，将 最后对变电站综合自动化的通信方式和介质选用谈一些自己的看法，因为 其重新焊接后，再重新测试网络，ＰＩＮＧ长包应答正常。这类故障处理起来比较 这些因素往往决定了设备的可靠性，对减少通信故障有很大关系。变电站综合 麻烦，故障定位要耗费大量人力，并且还要多班组协调解决。所以平时工作中， 自动化系统由于其涉及到的设备和方面越来越广，需要处理的信息量越来越 应当注意这类细节，在施工的时候要加强工艺，从源头上控制此类问题的出现 多，又要负责事故时大量的突发报文的传输。对通信容量的冗余度要大，建议采 终端匹配电阻是ＲＳ－４２２总线、ＲＳ－４８５总线还有很多现场总线所必备的， 用以太网通信规约或现场总线。传输介质要尽量采用光纤，以减少电磁干扰。如 它能起吸收反射波的作用，减少通信干扰的作用。虽然在总线较短的情况下，没 采用双绞线，要使用屏蔽线，如六类线，或者屏蔽双绞线。如现场总线有推荐使 有终端匹配电阻，通信还能正常，但是一旦由于变电站改扩建，该总线上所挂设 用的线材，应采用其推荐的线材。只有从自动化站内通信系统的选型、网络规划 备数量增长，总线长度的延长，就会造成某些节点的由于反射干扰严重，出现严 设计以及施工能各方面加强控制，才能有效的减少通信故障出现的概率，减少 重的丢包，甚至通信完全中断。实践中，曾有一个综自站，有一条总线上有几个 维护工作量。使变电站综合自动化运行的更加可靠。 节点显示通信正常，而遥测数据又经常跳变。现场的测控模块也显示通信正常， 参考文献 装置上数据正常。查该总线最后一个模块的终端匹配电阻未使用，将其跳线跳 ［１】１朱松林．变电站计算机监控系统及其应用０伽．北京：中国电力出版社， 上后，数据恢复正常。所以在变电站自动化中，任何总线接法一定要合理，要采 ２ｏｏ８． 用串联方式，不能够有任何并联分支，并且在总线的首尾两个节点加上终端匹 ［２］王远璋，张全元．变电站综合自动化现场技术与运行维护咖．北京：中 配电阻，所采用的匹配电阻要符合总线要求，避免产生反射干扰。 国电力出版社，２００４． 二、上面简单说明了硬件通信故障常见的一些故障及其处理方法，工作中 ［３】徐辉明．浅析变电站综合自动化系统存在的问题［Ｊ］．黑龙江科技信息， 还有出现各种通信端接设备故障如：交换机、集线器，光电转换器等故障引起的 ２００８．（４）：４３－４５． 通信中断，由于其故障容易发现和定位，排除方法比较简单，这里就不加以论述 证，采用最小二乘法对数据处理系统进行温度补偿，可以使测量误差减少，并使 普及具有一定的价值。 测量结果在一３５℃ ＋４５＂Ｃ的温度范围内保持±０．２％的精度，满足计量级精度要 参考文献 求。 ［１】王化冰张柳芳．电子式电压互感器的研究与设计．平顶山学院学报． 四、结论 ２００７（４）８１—８３． 从以上分析可以看出：通过对电子式电压互感器数据处理系统输出数据进 ［２］王鹏张贵新朱小梅罗承沐．电子式电流互感器温度特性分析．电 行温度补偿，可以使修正后的数据满足计量级测量精度（误差范围士０．２％以 工技术学报，２００７（１ ０）．６１－６３． 内），这证明使用最小二乘拟合对电子式电压互感器温度补偿是可行且简单有 ［３邹乐强．最小二乘法原理及其简单应用．３】信息科技，２０１０（２３）．２８２—２８３ 效的。除此之外，本文还对电子式电压互感器温度４寺Ｊｌ生进行了分析，并分析出了 胡浩亮李前卢树峰杨世海李鹤李登云．电子式互感器误差的两 温度对电子式电压互感器误差影响的主要因素，对电子式电压互感器的研发和 种校验方法对比．高电压技术，２０１１（１２）．３０２３－３０２４． １８２ ｌ科技博览