大量不同類型的傳感器在水電廠中的應用

現(xiàn)代化的自動化生產要求使用各種傳感器對生產過程各參數(shù)進行監(jiān)控和控制，使設備處于正?；蜃罴压ぷ鳡顟B(tài)，所以，優(yōu)良的傳感器是現(xiàn)代化生產的基礎。

感應器是一種能感覺到特定的量度，并根據(jù)某種規(guī)律轉換成可用的輸出信號的設備或裝置，其輸入信號(被測量的)通常是無電量，輸出信號通常是易于處理的電量，例如電壓或電流。

感應器有多種，分類標準不同，叫法也不同，常見的有電阻感應器，電感感應器，電容感應器，溫度感應器，壓電感應器，霍爾感應器，熱電偶感應器，光電感應器，數(shù)字位置感應器等。

在水力發(fā)電廠所使用的傳感器方面，主要有電流傳感器、電壓傳感器、光電編碼器、壓力傳感器、液位傳感器、溫度傳感器和流量傳感器，這些傳感器主要用于位置、直線位移、壓力、溫度和流量的檢測。

而且發(fā)電廠對于傳感器的要求也是相對應的，現(xiàn)代大型水力發(fā)電廠一般都有“無人值班，少人值班”的要求，為了提高設備的總體效率和工作可靠性，所以對傳感器的要求就很高：

(1)可靠性高，抗干擾能力強；

(2)滿足精度和速度要求；

(3)適用于電廠特殊環(huán)境，使用和維護方便；

(4)費用低廉。

檢測溫度。

溫感器是一種能把溫度高低轉換為電阻大小或其它電信號的裝置。常用的傳感器有熱電阻傳感器，主要是鉑，銅，主要是半導體材料，主要是熱敏電阻和熱電偶。

該溫度傳感器不僅用于水輪發(fā)電機組的導向、推力、下導向、導向軸承的溫度和四部導軸承油槽內的油溫度的檢測，而且主要用于測量發(fā)電機定子和轉子的溫度以及用于冷卻發(fā)電機空氣冷卻器內水的溫度。

由于水輪發(fā)電機四部導軸承工作環(huán)境惡劣，且鉑電阻導線經常發(fā)生斷裂，因此，水輪發(fā)電機在運轉過程中，需要對鉑電阻導線進行特殊保護，以防止油槽中的雜質對發(fā)電機運轉產生持續(xù)的沖擊。另外，盤柜安裝位置與傳感器位置有一定的距離，為了防止因導線引起的測量誤差，需采用三線制法。

檢測壓力：

壓力傳感器是把壓力信號轉化為電信號的傳感器。按其工作原理可分為壓電傳感器，壓阻傳感器，電容傳感器。該術語用于測量所有物質，如氣體，液體，固體等之間的作用力，還包括測量大氣壓以上的壓力計和氣壓以下的真空計。由于靈敏度高，溫度穩(wěn)定性好，壓力量程大，電容式壓力傳感器的容量取決于電極面積和兩個電極之間的距離，近年來發(fā)展很快。水力發(fā)電廠中，壓力傳感器主要用于測壓氣罐、壓力油罐和集水井中的水位壓力。在這個時候，壓力傳感器把壓力信號轉換成4-20毫安的電磁波，用來計算相應的壓力信號或水位信號。

無論是在空氣壓縮機控制系統(tǒng)、油壓裝置控制系統(tǒng)，還是在電廠檢修或滲漏排泄控制系統(tǒng)中，都需要安裝兩組互為備用的壓力傳感器，甚至是三組傳感器，主要是能夠安全檢測到測量值，以防止因壓力氣罐和壓力油罐壓力大幅下降而導致機組事故停機，也可以防止因集水井中水位過高而未能及時排出廠房滲漏水而導致廠房發(fā)生水淹。

電站也配有一些壓力開關，當壓力大于或小于某一設定值時，觸點就會運動，向相應的控制回路發(fā)送信號。

壓力傳感器的零位在實際應用中容易出現(xiàn)漂移，因此需要定期進行檢測。另外，傳感器長期使用易產生疲勞，導致測量信號不準確，需定期更換。

測速：

轉速傳感器是將速度信號轉化為電信號的傳感器，它既能檢測直線速度，又能檢測角速度，常用的有測速發(fā)電機、脈沖編碼器、齒盤測速等。

水力發(fā)電廠采用齒盤法測定發(fā)電機轉速。齒輪盤安裝在發(fā)電機延長軸的凸緣上，其速度信號可直接從水輪機轉軸獲得，是轉速輸入的理想信號。齒盤測速裝置具有高可靠的零轉速(蠕動)檢測功能，與PT測速信號相比，齒盤測速信號不受發(fā)電機殘壓和非周期雜波的干擾，具有更高的可靠性。火車頭的齒盤數(shù)目是56個，額定轉速是107.1RPM，探針的脈沖頻率是100赫茲，產生的脈沖信號直接輸入到速度傳感器模塊。

但是，齒盤速度測量也有缺點，一方面是增加了硬件成本和軟件的復雜度，另一方面是由于加工精度的限制，齒盤上的齒和齒之間的距離不能完全相等，或者說齒距不能完全均勻。對高靈敏度速度傳感器，其速度是通過齒間時間掃描來計算的，即使機組實際轉速沒有發(fā)生變化，齒間間隔不同時，速度也會發(fā)生變化，從而產生干擾信號；接近開關碰撞時，也容易損壞。

檢測流動：

流量計是把流量信號轉換成電信號的一種傳感器。主要使用電磁流量計和流量開關。

電磁式流量計是根據(jù)法拉第電磁感應定律制作的測量導電液體積流量的儀器。電磁式流量計的測量通道為平直管內無阻探頭，由于不易堵塞，適用于測量液-固二相流體中含有固體顆?；蚶w維，不產生壓力損失，這種探頭的阻力只是同長度管道的沿程阻力，最適合于要求阻力損失較小的大管徑供水管道。測量的體積流量，不受流體密度，粘性，溫度，壓力和電導率的明顯影響(只要高于某個閾值)。

火力發(fā)電廠技術供水系統(tǒng)中，大量電磁流量計應用于監(jiān)測上下導、推力和水導軸承冷卻水管道的流量，將檢測到的流量信號轉換為4-20mA的電信號，從而計算出相應的水量。但是，對于流量計的安裝有一定的要求，而且無法測量導電率非常低的液體，如油的流量。

發(fā)電廠也有一些流量開關，當流量大于或小于一定設定值時，觸點就會發(fā)生動作，并向相應的控制回路發(fā)送信號。

油水混合物的檢測

油混水傳感器是一種電容式傳感器，用于測量油混水或油積水。適用于水輪發(fā)電機組自動控制油系統(tǒng)中回油箱或漏油油箱內含水量的檢測，也可廣泛用于檢測油箱內含油混合物或積水。

在被測介質中放置油混水傳感器，在油混水后介質值發(fā)生變化，傳感器輸出相應的電信號。經信號處理后的傳感器輸出的油液含水量在0-100%之間，轉化為相應的4-20毫安的油液輸出。

水混水傳感器安裝在水電廠上導管、下導管、水導管和水導管軸承四部導管軸承的油槽內，用于檢測含水量，以防止導管或油槽內用于冷卻油的水管發(fā)生水淹或破裂。但是在實際應用中，需要對油混水的精度有一定的提高，誤報時有發(fā)生。

檢測發(fā)電機擺度和振動。

利用電渦流傳感器探測水輪發(fā)電機上導-下導-水導-大軸擺動的原理，它實際上是一種位移傳感器，它依靠探測線圈產生的高頻電磁場在被測表面上感應電渦流及其引起的線圈阻抗的變化來反映探測線圈到被測表面的距離。

傳感器用于探測水輪發(fā)電機組上機架、下機架、定子鐵心、定子座及頂蓋、尾水管的振動，屬于速度傳感器的一種。通常使用的速度傳感器是磁電式的彈簧-質量系統(tǒng)傳感器，其測量對象相對于地面的絕對運動。

在水電廠中，振動和擺度的測量得到了很好的應用，擺度的測量有X方向和Y方向兩種方向，被測物軸向和徑向兩種方向的振動。水輪發(fā)電機組擺度和振動數(shù)據(jù)的采集，可以檢測頂蓋和尾水管中的壓力波動、機組轉動部分的機械不平衡度，以及轉子與機組中心之間是否有偏移，使電磁力不平衡，充分反映了機組在轉動過程中的健康狀況。隨著科技的發(fā)展，振動、擺度的檢測已成為水電廠檢修的重要內容。對機組進行狀態(tài)檢修，大大提高了機組的利用率。

檢測位移：

測位移的傳感器主要是脈沖編碼器和磁致位移傳感器。

脈沖式編碼器是一個角位移傳感器，它能將機械轉角轉換為電脈沖。該編碼器可用于電廠進水閘門及尾水防淤閘門的位移檢測。

磁致位移傳感器用于筒閥位移的測量。因筒閥安裝環(huán)境惡劣，同時精度要求高，所以采用了磁致位移傳感器。磁致位移傳感器在工作時，電子倉內的電子電路產生一起始脈沖，該脈沖在波導絲中傳輸，同時產生一個沿波導絲前進的旋轉磁場，當該磁場與磁環(huán)或浮球中的永久磁場相交時，會產生磁致伸縮效應，使波導絲發(fā)生扭動，這種扭動會被裝在電子倉內的拾拾器感知，并將其轉換為相應的電流脈沖，通過電子電路計算出兩個脈沖之間的時間，從而準確地測量出被測位移和液位。

磁致位移傳感器的輸出信號是一種絕對位置輸出信號，不是比例輸出，也不是進行再放大處理的信號，因此不存在信號漂移或變化的情況，因此無需像其他液位傳感器那樣需要定期重新標定和維護。而磁致位移傳感器的設計需要一定的軟硬件支持。

定位檢測：

用于檢測位置的開關，它反映某種狀態(tài)。常用位置傳感器主要有水浮開關，磁浮子液位計，行程開關等。

水浮開關是一種結構簡單，安裝方便的液位控制器。該方法已應用于頂蓋排水控制回路。水平線高于浮筒安裝位置時，浮筒翻轉，接點運動，信號被傳送到相應的控制回路。但是在實際應用中，經常因浮子密封不好進水，導致接點無法正常移動或移動后無法返航。

電站高壓油罐油位測量采用磁浮子液位計，以浮球為測量元件，通過連桿上的磁剛，將液位變化傳遞給電網。該液位計裝有液位報警器和液位遠傳裝置。水位報警器可以實現(xiàn)水位的上下限報警和限制控制。該裝置能將液位變化轉化為4-20毫安的電流信號，由于它采用了不銹剛粉等防腐材料，適用于腐蝕、有毒、易燃等的場合。

沖程開關為接觸式位置傳感器，結構簡單，動作可靠，價格低廉。在移動物體的過程中，當接觸到行程開關時，它的內部接點會發(fā)生作用，從而完成控制。水廠的發(fā)電機風閘位置、水輪機導葉的鎖錠位置均為行程開關。實際上，行程開關由于受外力的持續(xù)作用，其整體將會發(fā)生位移，因而不能對物體位置進行正確的反應，這是值得注意的。

高電流，高電壓檢測

PT和電流互感器CT主要是把主系統(tǒng)的大、高電壓按比例轉換為低電壓、小電流，供測量儀器和保護裝置使用。完成轉換任務的設備，最常用的就是我們常說的變壓器。對電壓互感器進行電壓轉換，對電流互感器進行電流轉換。

要注意的是，嚴禁將電流互感器二次側斷開，在電壓互感器二次側嚴禁短路或接地。

交流電路中采用了電壓互感器和電流互感器。另外，還有分流器，可以將直流大電流轉換成毫伏級。

上述傳感器在水電廠的應用是目前的現(xiàn)狀，但隨著傳感器技術的發(fā)展和科學技術水平的提高，將會有更多、更好的傳感器不斷出現(xiàn)，從而進一步提高電站的自動化水平。

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