傳感器在小浪底水電廠中的應(yīng)用

1、引 言

    黃河小浪底水利樞紐位于黃河中游zui后一段峽谷的出口，是承上啟下、控制黃河水沙的關(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)頻和事故備用的主力發(fā)電廠。小浪底電廠是國(guó)家*水力發(fā)電廠，充分應(yīng)用了的自動(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)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或*狀態(tài)，因此優(yōu)良的傳感器是現(xiàn)代化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。

2、傳感器簡(jiǎn)介

    傳感器是一種能夠感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，其輸入信號(hào)（被測(cè)量）往往是非電量，輸出信號(hào)常常為易于處理的電量，比如電壓或電流。
    傳感器種類(lèi)很多，分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不一樣，叫法也不一樣，常見(jiàn)的有電阻傳感器、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)用的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)傳感器的要求

    現(xiàn)代化大型水電廠一般具有“無(wú)人值班，少人值守”的要求，為提高整體效率和設(shè)備工作的可靠性，對(duì)傳感器就有很高的要求：
    （1）可靠性高、有很強(qiáng)的抗*力；
    （2）滿足精度和速度的要求；
    （3）使用和維護(hù)方便，適合電廠的特殊環(huán)境；
    （4）成本低。

4、溫度的檢測(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)的裝置。常見(jiàn)的有以鉑、銅為主的熱電阻傳感器、以半導(dǎo)體材料為主的熱敏電阻傳感器和熱電偶傳感器等。
    PT100鉑熱電阻在小浪底水電廠得到了廣泛的應(yīng)用，溫度傳感器不僅用來(lái)檢測(cè)水輪發(fā)電機(jī)組的上導(dǎo)、推力、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承的溫度以及四部導(dǎo)軸承油槽中的油溫，還主要測(cè)量發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的溫度以及用來(lái)冷卻它們的空氣冷卻器中水的溫度。
    在實(shí)際的工作中，由于水輪發(fā)電機(jī)組的四部導(dǎo)軸承環(huán)境惡劣，經(jīng)常出現(xiàn)鉑電阻導(dǎo)線斷裂的情況，因此需要對(duì)鉑電阻的根部導(dǎo)線進(jìn)行特殊的防護(hù)，以防止發(fā)電機(jī)組在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，油槽中的雜質(zhì)對(duì)其進(jìn)行不斷的沖擊。此外，盤(pán)柜的安裝位置與傳感器位置有相當(dāng)?shù)木嚯x，為防止導(dǎo)線引起測(cè)量誤差需要采用三線制接法。

5、壓力的檢測(cè)

    壓力傳感器是一種將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的傳感器。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)間作用力能量的總稱(chēng)，也包括測(cè)量高于大氣壓的壓力計(jì)以及測(cè)量低于大氣壓的真空計(jì)。電容式壓力傳感器的電容量是由電極面積和2個(gè)電極間的距離決定，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。在小浪底水電廠中，壓力傳感器主要用來(lái)檢測(cè)壓力氣罐和壓力油罐的壓力以及集水井中用來(lái)檢測(cè)水位的壓力。此時(shí)，壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20mA的電信號(hào)，用以計(jì)算出相應(yīng)的壓力信號(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的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，防止由于壓力氣罐和壓力油罐的壓力大幅降低出現(xiàn)機(jī)組事故停機(jī)，也防止由于集水井中的水位過(guò)高，不能及時(shí)排出廠房的滲漏水出現(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，將信號(hào)發(fā)送到相應(yīng)的控制回路。
    在實(shí)際的應(yīng)用中，壓力傳感器的零點(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)間的使用容易出現(xiàn)疲勞造成測(cè)量信號(hào)的不準(zhǔn)確，需要定期更換。

6、速度的檢測(cè)

    速度傳感器是一種將速度信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的傳感器，既可以檢測(cè)直線速度，也可以檢測(cè)角速度，常用的有測(cè)速發(fā)電機(jī)和脈沖編碼器以及齒盤(pán)測(cè)速等。
    在小浪底水電廠中，采用齒盤(pán)來(lái)測(cè)量發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。齒盤(pán)安裝在發(fā)電機(jī)延伸軸的法蘭上，速度信號(hào)直接從水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上獲取，是一種理想的速度輸入信號(hào)。齒盤(pán)速度信號(hào)不受發(fā)電機(jī)殘壓的限制，也不受非周期雜波的干擾，比PT信號(hào)具有更高的可靠性，另外，齒盤(pán)測(cè)速裝置還具有高可靠的零轉(zhuǎn)速（蠕動(dòng)）檢測(cè)功能。小浪底電廠齒盤(pán)齒數(shù)為56齒，額定轉(zhuǎn)速為107.1RPM，探頭脈沖頻率為100Hz，產(chǎn)生的脈沖信號(hào)直接輸入到速度傳感器模塊。
    但齒盤(pán)測(cè)速也有其缺點(diǎn)，一是增加了硬件的成本和軟件的復(fù)雜性；二是由于加工精度的局限性，齒盤(pán)上齒與齒之間的距離不可能*相等，或者說(shuō)齒距不可能*均勻。對(duì)于高靈敏度的速度傳感器，它是通過(guò)掃描齒與齒之間的時(shí)間來(lái)計(jì)算速度的，即使機(jī)組實(shí)際轉(zhuǎn)速?zèng)]變，齒與齒之間不同的間隔就會(huì)反應(yīng)出速度的變化，從而產(chǎn)生干擾信號(hào)；三是接近開(kāi)關(guān)碰撞容易損壞。