大量不同類型的傳感器在水電廠中的應(yīng)用

現(xiàn)代化的自動(dòng)化生產(chǎn)要求使用各種傳感器對(duì)生產(chǎn)過(guò)程各參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和控制，使設(shè)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(chǎn)的基礎(chǔ)。

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

感應(yīng)器有多種，分類標(biāo)準(zhǔn)不同，叫法也不同，常見的有電阻感應(yīng)器，電感感應(yīng)器，電容感應(yīng)器，溫度感應(yīng)器，壓電感應(yīng)器，霍爾感應(yīng)器，熱電偶感應(yīng)器，光電感應(yīng)器，數(shù)字位置感應(yīng)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(cè)。

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

(1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；

(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(hù)方便；

(4)費(fèi)用低廉。

檢測(cè)溫度。

溫感器是一種能把溫度高低轉(zhuǎn)換為電阻大小或其它電信號(hào)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(dǎo)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(jī)組的導(dǎo)向、推力、下導(dǎo)向、導(dǎo)向軸承的溫度和四部導(dǎo)軸承油槽內(nèi)的油溫度的檢測(cè)，而且主要用于測(cè)量發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的溫度以及用于冷卻發(fā)電機(jī)空氣冷卻器內(nèi)水的溫度。

由于水輪發(fā)電機(jī)四部導(dǎo)軸承工作環(huán)境惡劣，且鉑電阻導(dǎo)線經(jīng)常發(fā)生斷裂，因此，水輪發(fā)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，需要對(duì)鉑電阻導(dǎo)線進(jìn)行特殊保護(hù)，以防止油槽中的雜質(zhì)對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)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?qū)Ь€引起的測(cè)量誤差，需采用三線制法。

檢測(cè)壓力：

壓力傳感器是把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)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(shù)語(yǔ)用于測(cè)量所有物質(zhì)，如氣體，液體，固體等之間的作用力，還包括測(cè)量大氣壓以上的壓力計(jì)和氣壓以下的真空計(jì)。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(gè)電極之間的距離，近年來(lái)發(fā)展很快。水力發(fā)電廠中，壓力傳感器主要用于測(cè)壓氣罐、壓力油罐和集水井中的水位壓力。在這個(gè)時(shí)候，壓力傳感器把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20毫安的電磁波，用來(lái)計(jì)算相應(yīng)的壓力信號(hào)或水位信號(hào)。

無(wú)論是在空氣壓縮機(jī)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(cè)到測(cè)量值，以防止因壓力氣罐和壓力油罐壓力大幅下降而導(dǎo)致機(jī)組事故停機(jī)，也可以防止因集水井中水位過(guò)高而未能及時(shí)排出廠房滲漏水而導(dǎo)致廠房發(fā)生水淹。

電站也配有一些壓力開關(guān)，當(dāng)壓力大于或小于某一設(shè)定值時(shí)，觸點(diǎn)就會(huì)運(yùn)動(dòng)，向相應(yīng)的控制回路發(fā)送信號(hào)。

壓力傳感器的零位在實(shí)際應(yīng)用中容易出現(xiàn)漂移，因此需要定期進(jìn)行檢測(cè)。另外，傳感器長(zhǎng)期使用易產(chǎn)生疲勞，導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)不準(zhǔn)確，需定期更換。

測(cè)速：

轉(zhuǎn)速傳感器是將速度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的傳感器，它既能檢測(cè)直線速度，又能檢測(cè)角速度，常用的有測(cè)速發(fā)電機(jī)、脈沖編碼器、齒盤測(cè)速等。

水力發(fā)電廠采用齒盤法測(cè)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。齒輪盤安裝在發(fā)電機(jī)延長(zhǎng)軸的凸緣上，其速度信號(hào)可直接從水輪機(jī)轉(zhuǎn)軸獲得，是轉(zhuǎn)速輸入的理想信號(hào)。齒盤測(cè)速裝置具有高可靠的零轉(zhuǎn)速(蠕動(dòng))檢測(cè)功能，與PT測(cè)速信號(hào)相比，齒盤測(cè)速信號(hào)不受發(fā)電機(jī)殘壓和非周期雜波的干擾，具有更高的可靠性?；疖囶^的齒盤數(shù)目是56個(gè)，額定轉(zhuǎn)速是107.1RPM，探針的脈沖頻率是100赫茲，產(chǎn)生的脈沖信號(hào)直接輸入到速度傳感器模塊。

但是，齒盤速度測(cè)量也有缺點(diǎn)，一方面是增加了硬件成本和軟件的復(fù)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(shuō)齒距不能完全均勻。對(duì)高靈敏度速度傳感器，其速度是通過(guò)齒間時(shí)間掃描來(lái)計(jì)算的，即使機(jī)組實(shí)際轉(zhuǎn)速?zèng)]有發(fā)生變化，齒間間隔不同時(shí)，速度也會(huì)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生干擾信號(hào)；接近開關(guān)碰撞時(shí)，也容易損壞。

檢測(cè)流動(dòng)：

流量計(jì)是把流量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。主要使用電磁流量計(jì)和流量開關(guān)。

電磁式流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制作的測(cè)量導(dǎo)電液體積流量的儀器。電磁式流量計(jì)的測(cè)量通道為平直管內(nèi)無(wú)阻探頭，由于不易堵塞，適用于測(cè)量液-固二相流體中含有固體顆?；蚶w維，不產(chǎn)生壓力損失，這種探頭的阻力只是同長(zhǎng)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(cè)量的體積流量，不受流體密度，粘性，溫度，壓力和電導(dǎo)率的明顯影響(只要高于某個(gè)閾值)。

火力發(fā)電廠技術(shù)供水系統(tǒng)中，大量電磁流量計(jì)應(yīng)用于監(jiān)測(cè)上下導(dǎo)、推力和水導(dǎo)軸承冷卻水管道的流量，將檢測(cè)到的流量信號(hào)轉(zhuǎn)換為4-20mA的電信號(hào)，從而計(jì)算出相應(yīng)的水量。但是，對(duì)于流量計(jì)的安裝有一定的要求，而且無(wú)法測(cè)量導(dǎo)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(guān)，當(dāng)流量大于或小于一定設(shè)定值時(shí)，觸點(diǎn)就會(huì)發(fā)生動(dòng)作，并向相應(yīng)的控制回路發(fā)送信號(hào)。

油水混合物的檢測(cè)

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

在被測(cè)介質(zhì)中放置油混水傳感器，在油混水后介質(zhì)值發(fā)生變化，傳感器輸出相應(yīng)的電信號(hào)。經(jīng)信號(hào)處理后的傳感器輸出的油液含水量在0-100%之間，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的4-20毫安的油液輸出。

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

檢測(cè)發(fā)電機(jī)擺度和振動(dòng)。

利用電渦流傳感器探測(cè)水輪發(fā)電機(jī)上導(dǎo)-下導(dǎo)-水導(dǎo)-大軸擺動(dòng)的原理，它實(shí)際上是一種位移傳感器，它依靠探測(cè)線圈產(chǎn)生的高頻電磁場(chǎng)在被測(cè)表面上感應(yīng)電渦流及其引起的線圈阻抗的變化來(lái)反映探測(cè)線圈到被測(cè)表面的距離。

傳感器用于探測(cè)水輪發(fā)電機(jī)組上機(jī)架、下機(jī)架、定子鐵心、定子座及頂蓋、尾水管的振動(dòng)，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(zhì)量系統(tǒng)傳感器，其測(cè)量對(duì)象相對(duì)于地面的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。

在水電廠中，振動(dòng)和擺度的測(cè)量得到了很好的應(yīng)用，擺度的測(cè)量有X方向和Y方向兩種方向，被測(cè)物軸向和徑向兩種方向的振動(dòng)。水輪發(fā)電機(jī)組擺度和振動(dòng)數(shù)據(jù)的采集，可以檢測(cè)頂蓋和尾水管中的壓力波動(dòng)、機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的機(jī)械不平衡度，以及轉(zhuǎn)子與機(jī)組中心之間是否有偏移，使電磁力不平衡，充分反映了機(jī)組在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的健康狀況。隨著科技的發(fā)展，振動(dòng)、擺度的檢測(cè)已成為水電廠檢修的重要內(nèi)容。對(duì)機(jī)組進(jìn)行狀態(tài)檢修，大大提高了機(jī)組的利用率。

檢測(cè)位移：

測(cè)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(gè)角位移傳感器，它能將機(jī)械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為電脈沖。該編碼器可用于電廠進(jìn)水閘門及尾水防淤閘門的位移檢測(cè)。

磁致位移傳感器用于筒閥位移的測(cè)量。因筒閥安裝環(huán)境惡劣，同時(shí)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(shí)，電子倉(cāng)內(nèi)的電子電路產(chǎn)生一起始脈沖，該脈沖在波導(dǎo)絲中傳輸，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)沿波導(dǎo)絲前進(jìn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)該磁場(chǎng)與磁環(huán)或浮球中的永久磁場(chǎng)相交時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)，使波導(dǎo)絲發(fā)生扭動(dòng)，這種扭動(dòng)會(huì)被裝在電子倉(cāng)內(nèi)的拾拾器感知，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流脈沖，通過(guò)電子電路計(jì)算出兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間，從而準(zhǔn)確地測(cè)量出被測(cè)位移和液位。

磁致位移傳感器的輸出信號(hào)是一種絕對(duì)位置輸出信號(hào)，不是比例輸出，也不是進(jìn)行再放大處理的信號(hào)，因此不存在信號(hào)漂移或變化的情況，因此無(wú)需像其他液位傳感器那樣需要定期重新標(biāo)定和維護(hù)。而磁致位移傳感器的設(shè)計(jì)需要一定的軟硬件支持。

定位檢測(cè)：

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

水浮開關(guān)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便的液位控制器。該方法已應(yīng)用于頂蓋排水控制回路。水平線高于浮筒安裝位置時(shí)，浮筒翻轉(zhuǎn)，接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，信號(hào)被傳送到相應(yīng)的控制回路。但是在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常因浮子密封不好進(jìn)水，導(dǎo)致接點(diǎn)無(wú)法正常移動(dòng)或移動(dòng)后無(wú)法返航。

電站高壓油罐油位測(cè)量采用磁浮子液位計(jì)，以浮球?yàn)闇y(cè)量元件，通過(guò)連桿上的磁剛，將液位變化傳遞給電網(wǎng)。該液位計(jì)裝有液位報(bào)警器和液位遠(yuǎn)傳裝置。水位報(bào)警器可以實(shí)現(xiàn)水位的上下限報(bào)警和限制控制。該裝置能將液位變化轉(zhuǎn)化為4-20毫安的電流信號(hào)，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(chǎng)合。

沖程開關(guān)為接觸式位置傳感器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠，價(jià)格低廉。在移動(dòng)物體的過(guò)程中，當(dāng)接觸到行程開關(guān)時(shí)，它的內(nèi)部接點(diǎn)會(huì)發(fā)生作用，從而完成控制。水廠的發(fā)電機(jī)風(fēng)閘位置、水輪機(jī)導(dǎo)葉的鎖錠位置均為行程開關(guān)。實(shí)際上，行程開關(guān)由于受外力的持續(xù)作用，其整體將會(huì)發(fā)生位移，因而不能對(duì)物體位置進(jìn)行正確的反應(yīng)，這是值得注意的。

高電流，高電壓檢測(cè)

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(zhuǎn)換為低電壓、小電流，供測(cè)量?jī)x器和保護(hù)裝置使用。完成轉(zhuǎn)換任務(wù)的設(shè)備，最常用的就是我們常說(shuō)的變壓器。對(duì)電壓互感器進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，對(duì)電流互感器進(jìn)行電流轉(zhuǎn)換。

要注意的是，嚴(yán)禁將電流互感器二次側(cè)斷開，在電壓互感器二次側(cè)嚴(yán)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(zhuǎn)換成毫伏級(jí)。

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

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