傳感器在小浪底水電廠中的應(yīng)用

1、傳感器在小浪底水電廠中地應(yīng)用1 、引言黃河小浪底水利樞紐位于黃河中游最后一段峽谷地出口, 是承上啟下、控制黃河水沙地關(guān)鍵樞紐 . 黃河小浪底水電廠總裝機(jī)容量 6 300MW, 是河南電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻和事故備用地主力發(fā)電廠.小浪底電廠是國(guó)家一流水力發(fā)電廠 ,充分應(yīng)用了尖端地自動(dòng)化產(chǎn)品 . 在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中 , 需要要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制 生產(chǎn)過(guò)程中地各個(gè)參數(shù) ,使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài) , 因此優(yōu)良地傳感器是現(xiàn)代化生產(chǎn)地基礎(chǔ) .2 、傳感器簡(jiǎn)介傳感器是一種能夠感受規(guī)定地被測(cè)量 , 并按照一定地規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)地器件或裝置, 其輸入信號(hào)< 被測(cè)量）往往是非電量 , 輸出信號(hào)

2、常常為易于處理地電量 , 比如電壓或電流 .傳感器種類很多 , 分類標(biāo)準(zhǔn)不一樣 ,叫法也不一樣 , 常見(jiàn)地有電阻傳感器、電感式傳感器、電容式傳感 器、溫度傳感器、壓電式傳感器、霍爾傳感器、熱電偶傳感器、光電傳感器、數(shù)字式位置傳感器等 . 在水 電廠應(yīng)用地傳感器主要有電流傳感器、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、流量傳感器等 ,主要用來(lái)檢測(cè)位置、直線位移、壓力、溫度、流量等.3 、電廠對(duì)傳感器地要求現(xiàn)代化大型水電廠一般具有 “無(wú)人值班 , 少人值守 ”地要求 , 為提高整體效率和設(shè)備工作地可靠性 ,對(duì)傳感 器就有很高地要求：<1 ）可靠性高、有很強(qiáng)地抗干擾能力；

3、<2 ）滿足精度和速度地要求；<3 ）使用和維護(hù)方便 , 適合電廠地特殊環(huán)境；<4 ）成本低 .4 、溫度地檢測(cè)溫度傳感器是一種將溫度高低轉(zhuǎn)變成電阻值大小或其他電信號(hào)地裝置. 常見(jiàn)地有以鉑、銅為主地?zé)犭娮鑲鞲衅?、以半?dǎo)體材料為主地?zé)崦綦娮鑲鞲衅骱蜔犭娕紓鞲衅鞯?.PT100 鉑熱電阻在小浪底水電廠得到了廣泛地應(yīng)用 , 溫度傳感器不僅用來(lái)檢測(cè)水輪發(fā)電機(jī)組地上導(dǎo)、 推力、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承地溫度以及四部導(dǎo)軸承油槽中地油溫,還主要測(cè)量發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子地溫度以及用來(lái)冷卻它們地空氣冷卻器中水地溫度 .在實(shí)際地工作中 , 因?yàn)樗啺l(fā)電機(jī)組地四部導(dǎo)軸承環(huán)境惡劣 , 經(jīng)常出現(xiàn)鉑電阻導(dǎo)線斷裂地情況

4、 , 因此需要對(duì)鉑 電阻地根部導(dǎo)線進(jìn)行特殊地防護(hù) ,以防止發(fā)電機(jī)組在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中 ,油槽中地雜質(zhì)對(duì)其進(jìn)行不斷地沖擊 .此外 , 盤柜地安裝位置與傳感器位置有相當(dāng)?shù)鼐嚯x , 為防止導(dǎo)線引起測(cè)量誤差需要采用三線制接法 .5 、壓力地檢測(cè)壓力傳感器是一種將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)地傳感器. 根據(jù)工作原理 ,可分為壓電式傳感器、壓阻式傳感器和電容式傳感器 .它是檢測(cè)氣體、液體、固體等所有物質(zhì)間作用力能量地總稱, 也包括測(cè)量高于大氣壓地壓力計(jì)以及測(cè)量低于大氣壓地真空計(jì) .電容式壓力傳感器地電容量是由電極面積和2 個(gè)電極間地距離決定 ,因靈敏度高、溫度穩(wěn)定性好、壓力量程大等特點(diǎn)近來(lái)得到了迅速發(fā)展.在小浪底水電廠

5、中 , 壓力傳感器主要用來(lái)檢測(cè)壓力氣罐和壓力油罐地壓力以及集水井中用來(lái)檢測(cè)水位地壓力.此時(shí) ,壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成 4-20mA 地電信號(hào) , 用以計(jì)算出相應(yīng)地壓力信號(hào)或是水位信號(hào) .無(wú)論在空壓機(jī)控制系統(tǒng)或油壓裝置控制系統(tǒng)中 , 或是在電廠檢修或滲漏排水控制系統(tǒng)中 , 都需要安裝相互 備用地 2 套壓力傳感器甚至 3 套傳感器 , 主要是能夠安全地檢測(cè)到被測(cè)量 , 防止因?yàn)閴毫夤藓蛪毫τ凸薜?壓力大幅降低出現(xiàn)機(jī)組事故停機(jī) ,也防止因?yàn)榧械厮贿^(guò)高 , 不能及時(shí)排出廠房地滲漏水出現(xiàn)水淹廠 房.小浪底電廠還配備了一些壓力開(kāi)關(guān) , 當(dāng)壓力大于或是低于某一設(shè)定值時(shí) ,觸點(diǎn)就會(huì)動(dòng)作 ,將信

6、號(hào)發(fā)送到相 應(yīng)地控制回路 .在實(shí)際地應(yīng)用中 ,壓力傳感器地零點(diǎn)容易發(fā)生漂移 ,因此需要定期進(jìn)行校驗(yàn) .此外 ,傳感器長(zhǎng)時(shí)間地使用容 易出現(xiàn)疲勞造成測(cè)量信號(hào)地不準(zhǔn)確 , 需要定期更換 .6 、速度地檢測(cè)速度傳感器是一種將速度信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)地傳感器, 既可以檢測(cè)直線速度 ,也可以檢測(cè)角速度 ,常用地有測(cè)速發(fā)電機(jī)和脈沖編碼器以及齒盤測(cè)速等 .在小浪底水電廠中 , 采用齒盤來(lái)測(cè)量發(fā)電機(jī)地轉(zhuǎn)速 . 齒盤安裝在發(fā)電機(jī)延伸軸地法蘭上 , 速度信號(hào)直接從 水輪機(jī)地轉(zhuǎn)動(dòng)軸上獲取 ,是一種理想地速度輸入信號(hào) . 齒盤速度信號(hào)不受發(fā)電機(jī)殘壓地限制 , 也不受非周期雜 波地干擾 ,比 PT 信號(hào)具有更高地可靠性 ,

7、另外,齒盤測(cè)速裝置還具有高可靠地零轉(zhuǎn)速 < 蠕動(dòng)）檢測(cè)功能 .小浪 底電廠齒盤齒數(shù)為 56 齒, 額定轉(zhuǎn)速為 107.1RPM, 探頭脈沖頻率為 100Hz, 產(chǎn)生地脈沖信號(hào)直接輸入到速 度傳感器模塊 .但齒盤測(cè)速也有其缺點(diǎn) , 一是增加了硬件地成本和軟件地復(fù)雜性；二是因?yàn)榧庸ぞ鹊鼐窒扌?齒盤上齒與齒之間地距離不可能完全相等 ,或者說(shuō)齒距不可能完全均勻 . 對(duì)于高靈敏度地速度傳感器 , 它是通過(guò)掃描齒 與齒之間地時(shí)間來(lái)計(jì)算速度地 ,即使機(jī)組實(shí)際轉(zhuǎn)速?zèng)]變 , 齒與齒之間不同地間隔就會(huì)反應(yīng)出速度地變化, 從而產(chǎn)生干擾信號(hào)；三是接近開(kāi)關(guān)碰撞容易損壞 .7 、流量地檢測(cè)流量傳感器是一種將流量信

8、號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)地傳感器. 常用地主要是電磁流量計(jì)和流量開(kāi)關(guān) .電磁流量計(jì)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成地一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量地儀表 . 電磁流量計(jì)地測(cè)量通 道是一段無(wú)阻流檢測(cè)件地光滑直管 , 因不易阻塞適用于測(cè)量含有固體顆?；蚶w維地液固二相流體, 它不產(chǎn)生因檢測(cè)流量所形成地壓力損失 , 儀表地阻力僅是同一長(zhǎng)度管道地沿程阻力 , 對(duì)于要求低阻力損失地大管徑供 水管道最為適合 .所測(cè)得地體積流量 ,不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率< 只要在某閾值以上）變化明顯地影響 .小浪底電廠技術(shù)供水系統(tǒng)中在檢測(cè)上導(dǎo)、推力、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承冷卻水管道地流量上應(yīng)用了大量地電 磁流量計(jì) , 將檢測(cè)到地流

9、量信號(hào)轉(zhuǎn)變成 4-20mA 地電信號(hào) , 以計(jì)算出相應(yīng)地水地流量 .但流量計(jì)在安裝上有 一定地要求 , 此外不能測(cè)量電導(dǎo)率很低地液體 , 如油地流量 .小浪底電廠還配備了一些流量開(kāi)關(guān) , 當(dāng)流量大于或是低于某一設(shè)定值時(shí) ,觸點(diǎn)就會(huì)動(dòng)作 ,并將信號(hào)發(fā)送到 相應(yīng)地控制回路 .8 、油混水地檢測(cè)油混水傳感器是一種用于測(cè)定油混水或油積水地電容式傳感器. 用于檢測(cè)水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化控制油系統(tǒng)中混入回油箱或漏油箱內(nèi)水地含量 ,還可廣泛作為油箱中油混水或油積水地檢測(cè) .油混水傳感器置入被測(cè)介質(zhì)中 , 當(dāng)油中混入水后 ,介質(zhì)值發(fā)生變化 ,傳感器輸出相應(yīng)電信號(hào) .傳感器送出地 信號(hào)進(jìn)行處理后 ,油中 0-100

10、 含水率轉(zhuǎn)化成相對(duì)應(yīng) 4-20mA 輸出 .油混水傳感器安裝在小浪底水電廠上導(dǎo)、推力、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承四部導(dǎo)軸承地油槽中用以檢測(cè)油槽中 水地含量 ,防止出現(xiàn)水淹水導(dǎo)或是油槽中用來(lái)冷卻油地水管發(fā)生破裂 . 但在實(shí)際地應(yīng)用中 , 油混水地精度需要 進(jìn)一部提高 , 誤報(bào)警時(shí)有發(fā)生 .9 、發(fā)電機(jī)擺度和振動(dòng)地檢測(cè)電渦流傳感器用來(lái)檢測(cè)水輪發(fā)電機(jī)組上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)、大軸地?cái)[度, 它實(shí)際上是一種位移傳感器 ,依靠探頭線圈產(chǎn)生地高頻電磁場(chǎng)在被測(cè)表面感應(yīng)出電渦流和由此引起地線圈阻抗地變化來(lái)反映探頭與被測(cè)表面 地距離 .檢測(cè)水輪發(fā)電機(jī)組地上機(jī)架、下機(jī)架、定子鐵芯、定子機(jī)座以及頂蓋和尾水管振動(dòng)地傳感器是一種速 度傳感

11、器 .常用地速度傳感器為具有彈簧 - 質(zhì)量系統(tǒng)地磁電式傳感器 ,它測(cè)量是被測(cè)物相對(duì)于地面地絕對(duì)運(yùn) 動(dòng).振動(dòng)和擺度地測(cè)量在小浪底水電廠中得到充分地應(yīng)用,測(cè)量擺度有被測(cè)物 X 方向和 Y 方向,測(cè)量振動(dòng)有被測(cè)物軸向和徑向振動(dòng) .通過(guò)采集水輪發(fā)電機(jī)組擺度和振動(dòng)地?cái)?shù)據(jù)可以檢測(cè)頂蓋和尾水管中地壓力脈動(dòng)、 機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分地機(jī)械不平衡度以及轉(zhuǎn)子中心與機(jī)組中心是否偏移而引起電磁力不平衡等,從而機(jī)組在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中地健康狀態(tài)通過(guò)振動(dòng)和擺度地測(cè)量得到充分地體現(xiàn). 隨著科學(xué)技術(shù)地發(fā)展 , 現(xiàn)在振動(dòng)、擺度地檢測(cè)是水電廠狀態(tài)檢修中重要組成部分 .通過(guò)機(jī)組地狀態(tài)檢修大大提高了機(jī)組地使用效率.10 、位移地檢測(cè)測(cè)量位移地傳感器主

12、要有脈沖編碼器和磁致位移傳感器 .脈沖編碼器是一種角位移傳感器 , 能夠把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖 .在小浪底電廠中 ,編碼器應(yīng)用于進(jìn)水口閘 門、尾水防淤閘門位移地檢測(cè) .小浪底筒閥位移地測(cè)量采用了磁致位移傳感器 . 因?yàn)橥查y安裝環(huán)境惡劣、同時(shí)要求較高地精度,因此采用磁致位移傳感器 . 磁致位移傳感器在工作時(shí) , 由電子倉(cāng)內(nèi)電子電路產(chǎn)生一起始脈沖 , 此起始脈沖在波導(dǎo)絲中傳 輸, 同時(shí)產(chǎn)生一沿波導(dǎo)絲方向前進(jìn)地旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) , 當(dāng)這個(gè)磁場(chǎng)與磁環(huán)或浮球中地永久磁場(chǎng)相遇時(shí), 產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng) ,使波導(dǎo)絲發(fā)生扭動(dòng) ,這一扭動(dòng)被安裝在電子倉(cāng)內(nèi)地拾能機(jī)構(gòu)所感知并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)地電流脈沖,通過(guò)電子電路計(jì)算出兩個(gè)脈沖之間地

13、時(shí)間差 , 即可精確測(cè)出被測(cè)地位移和液位 .磁致位移傳感器地輸出信號(hào)是一個(gè)真正地絕對(duì)位置輸出, 而不是比例地或需要再放大處理地信號(hào) , 所以不存在信號(hào)漂移或變值地情況 ,因此不必像其它液位傳感器一樣需要定期重標(biāo)和維護(hù). 但磁致位移傳感器需要一定地硬件和軟件支持 .11 、位置地檢測(cè)位置傳感器用來(lái)檢測(cè)位置 , 反映某種狀態(tài)地開(kāi)關(guān) .常見(jiàn)地位置傳感器主要有水浮子開(kāi)關(guān)、磁浮子液位計(jì)、 行程開(kāi)關(guān)等 .水浮子開(kāi)關(guān)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,使用安裝方便地液位控制器 . 在小浪底頂蓋排水控制回路中得到了應(yīng)用 .當(dāng) 水位高于浮子地安裝位置時(shí) ,浮子翻轉(zhuǎn) , 接點(diǎn)就會(huì)動(dòng)作 ,將信號(hào)發(fā)送到相應(yīng)地控制回路 .但在實(shí)際應(yīng)用中

14、 ,經(jīng)常 因?yàn)楦∽拥孛芊舛炔缓眠M(jìn)水 ,導(dǎo)致接點(diǎn)不能正常動(dòng)作或是動(dòng)作后不能返回.小浪底電廠壓油罐油位地測(cè)量采用磁浮子液位計(jì) , 它是以浮球?yàn)闇y(cè)量元件 ,通過(guò)連桿上地磁剛將液位變化 進(jìn)行傳送 .液位計(jì)配有液位報(bào)警器和液位遠(yuǎn)傳裝置 . 液位報(bào)警器可實(shí)現(xiàn)液位地上、下極限報(bào)警及限位控制 . 液 位遠(yuǎn)傳裝置可將液位變化轉(zhuǎn)換成 4-20mA 電流信號(hào) , 因?yàn)椴捎貌讳P剛等防腐材料 ,應(yīng)用于腐蝕、有毒、易 燃等場(chǎng)合 .行程開(kāi)關(guān)是一種接觸式位置傳感器 , 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、價(jià)格低廉 .當(dāng)某個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 ,碰到 行程開(kāi)關(guān)時(shí) , 其內(nèi)部接點(diǎn)就會(huì)動(dòng)作從而完成控制 . 在小浪底水電廠中 ,發(fā)電機(jī)風(fēng)閘位置、水輪機(jī)導(dǎo)葉鎖錠位置 均采用了行程開(kāi)關(guān) .在實(shí)際應(yīng)用中 , 行程開(kāi)關(guān)因?yàn)椴粩嗟厥艿酵饬Φ刈饔?, 其整體就會(huì)發(fā)生位移從而不能正確 地反應(yīng)物體地位置 ,這點(diǎn)要引起注意 .12 、大電流、高電壓地檢測(cè)電壓互感器 PT 和電流互感器 CT 主要是將一次系統(tǒng)地高電壓和大電流按比例變換成低電壓和小電流 , 供給測(cè)量?jī)x表和保護(hù)裝置使用 .執(zhí)行這些變換任務(wù)地設(shè)備 , 最常見(jiàn)地就是我們通常所說(shuō)地互感器 . 進(jìn)行電壓轉(zhuǎn) 換地是電壓互感器而進(jìn)行電流轉(zhuǎn)換地互感器為電流互感器 .小浪底電廠中地電壓互感器 PT, 主要是將 22