电容分压型电子式电压互感器温度补偿-精选文档.docx

电容分压型电子式电压互感器温度补偿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信号通 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] 0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、电容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Io电容分压型电子式电压互感器主要包含2个部分，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：式中，为电阻在C时的阻值为电阻在0C时的阻值为电阻温度特性曲线斜率为环境温度变化量由式（D得知，电阻工作温度从0C变化到c时，其阻值 的变化量为: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［2］。

二、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-35C—+40c内，在此范围内电压互感器的计 量级测量精 度为02测量级精度为05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2o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-20C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：(3)当知道某一温度T时，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拟合，拟合函数为：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，和为温度变化系数，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[3] o根据最小二乘原理确定校正系数和，使得电压校正值与理想值的 误差平方和为：(5)要使得电压校正值与电压理想值误差最小，须令其误差平方和最 小，即令：得：(6)其中：• •按照标准输出，工作温度为25C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35c〜+45C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 C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[4],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，并使测量结果在 -35C〜+45C的温度 范围内保持土 0.2%的精 度，满足计量级精度要 求四、结论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 范围土 0.2%以内），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效的除此之外，本文还对电子式电压互感器温 度特性进行了分析，并分析出了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普及具有一定的价值 。