传感器在小浪底水电厂中的应用

1、传感器在小浪底水电厂中地应用1 、引言黄河小浪底水利枢纽位于黄河中游最后一段峡谷地出口, 是承上启下、控制黄河水沙地关键枢纽 . 黄河小浪底水电厂总装机容量 6 300MW, 是河南电网调峰调频和事故备用地主力发电厂.小浪底电厂是国家一流水力发电厂 ,充分应用了尖端地自动化产品 . 在现代自动化生产过程中 , 需要要用各种传感器来监视和控制 生产过程中地各个参数 ,使设备工作在正常状态或最佳状态 , 因此优良地传感器是现代化生产地基础 .2 、传感器简介传感器是一种能够感受规定地被测量 , 并按照一定地规律转换成可用输出信号地器件或装置, 其输入信号< 被测量）往往是非电量 , 输出信号

2、常常为易于处理地电量 , 比如电压或电流 .传感器种类很多 , 分类标准不一样 ,叫法也不一样 , 常见地有电阻传感器、电感式传感器、电容式传感 器、温度传感器、压电式传感器、霍尔传感器、热电偶传感器、光电传感器、数字式位置传感器等 . 在水 电厂应用地传感器主要有电流传感器、电压传感器、光电编码器、压力传感器、液位传感器、温度传感 器、流量传感器等 ,主要用来检测位置、直线位移、压力、温度、流量等.3 、电厂对传感器地要求现代化大型水电厂一般具有 “无人值班 , 少人值守 ”地要求 , 为提高整体效率和设备工作地可靠性 ,对传感 器就有很高地要求：<1 ）可靠性高、有很强地抗干扰能力；

3、<2 ）满足精度和速度地要求；<3 ）使用和维护方便 , 适合电厂地特殊环境；<4 ）成本低 .4 、温度地检测温度传感器是一种将温度高低转变成电阻值大小或其他电信号地装置. 常见地有以铂、铜为主地热电阻传感器、以半导体材料为主地热敏电阻传感器和热电偶传感器等 .PT100 铂热电阻在小浪底水电厂得到了广泛地应用 , 温度传感器不仅用来检测水轮发电机组地上导、 推力、下导、水导轴承地温度以及四部导轴承油槽中地油温,还主要测量发电机定子和转子地温度以及用来冷却它们地空气冷却器中水地温度 .在实际地工作中 , 因为水轮发电机组地四部导轴承环境恶劣 , 经常出现铂电阻导线断裂地情况

4、 , 因此需要对铂 电阻地根部导线进行特殊地防护 ,以防止发电机组在转动过程中 ,油槽中地杂质对其进行不断地冲击 .此外 , 盘柜地安装位置与传感器位置有相当地距离 , 为防止导线引起测量误差需要采用三线制接法 .5 、压力地检测压力传感器是一种将压力信号转变成电信号地传感器. 根据工作原理 ,可分为压电式传感器、压阻式传感器和电容式传感器 .它是检测气体、液体、固体等所有物质间作用力能量地总称, 也包括测量高于大气压地压力计以及测量低于大气压地真空计 .电容式压力传感器地电容量是由电极面积和2 个电极间地距离决定 ,因灵敏度高、温度稳定性好、压力量程大等特点近来得到了迅速发展.在小浪底水电厂

5、中 , 压力传感器主要用来检测压力气罐和压力油罐地压力以及集水井中用来检测水位地压力.此时 ,压力传感器将压力信号转换成 4-20mA 地电信号 , 用以计算出相应地压力信号或是水位信号 .无论在空压机控制系统或油压装置控制系统中 , 或是在电厂检修或渗漏排水控制系统中 , 都需要安装相互 备用地 2 套压力传感器甚至 3 套传感器 , 主要是能够安全地检测到被测量 , 防止因为压力气罐和压力油罐地 压力大幅降低出现机组事故停机 ,也防止因为集水井中地水位过高 , 不能及时排出厂房地渗漏水出现水淹厂 房.小浪底电厂还配备了一些压力开关 , 当压力大于或是低于某一设定值时 ,触点就会动作 ,将信

6、号发送到相 应地控制回路 .在实际地应用中 ,压力传感器地零点容易发生漂移 ,因此需要定期进行校验 .此外 ,传感器长时间地使用容 易出现疲劳造成测量信号地不准确 , 需要定期更换 .6 、速度地检测速度传感器是一种将速度信号转变成电信号地传感器, 既可以检测直线速度 ,也可以检测角速度 ,常用地有测速发电机和脉冲编码器以及齿盘测速等 .在小浪底水电厂中 , 采用齿盘来测量发电机地转速 . 齿盘安装在发电机延伸轴地法兰上 , 速度信号直接从 水轮机地转动轴上获取 ,是一种理想地速度输入信号 . 齿盘速度信号不受发电机残压地限制 , 也不受非周期杂 波地干扰 ,比 PT 信号具有更高地可靠性 ,

7、另外,齿盘测速装置还具有高可靠地零转速 < 蠕动）检测功能 .小浪 底电厂齿盘齿数为 56 齿, 额定转速为 107.1RPM, 探头脉冲频率为 100Hz, 产生地脉冲信号直接输入到速 度传感器模块 .但齿盘测速也有其缺点 , 一是增加了硬件地成本和软件地复杂性；二是因为加工精度地局限性,齿盘上齿与齿之间地距离不可能完全相等 ,或者说齿距不可能完全均匀 . 对于高灵敏度地速度传感器 , 它是通过扫描齿 与齿之间地时间来计算速度地 ,即使机组实际转速没变 , 齿与齿之间不同地间隔就会反应出速度地变化, 从而产生干扰信号；三是接近开关碰撞容易损坏 .7 、流量地检测流量传感器是一种将流量信

8、号转变成电信号地传感器. 常用地主要是电磁流量计和流量开关 .电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制成地一种测量导电液体体积流量地仪表 . 电磁流量计地测量通 道是一段无阻流检测件地光滑直管 , 因不易阻塞适用于测量含有固体颗粒或纤维地液固二相流体, 它不产生因检测流量所形成地压力损失 , 仪表地阻力仅是同一长度管道地沿程阻力 , 对于要求低阻力损失地大管径供 水管道最为适合 .所测得地体积流量 ,不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率< 只要在某阈值以上）变化明显地影响 .小浪底电厂技术供水系统中在检测上导、推力、下导、水导轴承冷却水管道地流量上应用了大量地电 磁流量计 , 将检测到地流

9、量信号转变成 4-20mA 地电信号 , 以计算出相应地水地流量 .但流量计在安装上有 一定地要求 , 此外不能测量电导率很低地液体 , 如油地流量 .小浪底电厂还配备了一些流量开关 , 当流量大于或是低于某一设定值时 ,触点就会动作 ,并将信号发送到 相应地控制回路 .8 、油混水地检测油混水传感器是一种用于测定油混水或油积水地电容式传感器. 用于检测水轮发电机组自动化控制油系统中混入回油箱或漏油箱内水地含量 ,还可广泛作为油箱中油混水或油积水地检测 .油混水传感器置入被测介质中 , 当油中混入水后 ,介质值发生变化 ,传感器输出相应电信号 .传感器送出地 信号进行处理后 ,油中 0-100

10、 含水率转化成相对应 4-20mA 输出 .油混水传感器安装在小浪底水电厂上导、推力、下导、水导轴承四部导轴承地油槽中用以检测油槽中 水地含量 ,防止出现水淹水导或是油槽中用来冷却油地水管发生破裂 . 但在实际地应用中 , 油混水地精度需要 进一部提高 , 误报警时有发生 .9 、发电机摆度和振动地检测电涡流传感器用来检测水轮发电机组上导、下导、水导、大轴地摆度, 它实际上是一种位移传感器 ,依靠探头线圈产生地高频电磁场在被测表面感应出电涡流和由此引起地线圈阻抗地变化来反映探头与被测表面 地距离 .检测水轮发电机组地上机架、下机架、定子铁芯、定子机座以及顶盖和尾水管振动地传感器是一种速 度传感

11、器 .常用地速度传感器为具有弹簧 - 质量系统地磁电式传感器 ,它测量是被测物相对于地面地绝对运 动.振动和摆度地测量在小浪底水电厂中得到充分地应用,测量摆度有被测物 X 方向和 Y 方向,测量振动有被测物轴向和径向振动 .通过采集水轮发电机组摆度和振动地数据可以检测顶盖和尾水管中地压力脉动、 机组转动部分地机械不平衡度以及转子中心与机组中心是否偏移而引起电磁力不平衡等,从而机组在转动过程中地健康状态通过振动和摆度地测量得到充分地体现. 随着科学技术地发展 , 现在振动、摆度地检测是水电厂状态检修中重要组成部分 .通过机组地状态检修大大提高了机组地使用效率.10 、位移地检测测量位移地传感器主

12、要有脉冲编码器和磁致位移传感器 .脉冲编码器是一种角位移传感器 , 能够把机械转角变成电脉冲 .在小浪底电厂中 ,编码器应用于进水口闸 门、尾水防淤闸门位移地检测 .小浪底筒阀位移地测量采用了磁致位移传感器 . 因为筒阀安装环境恶劣、同时要求较高地精度,因此采用磁致位移传感器 . 磁致位移传感器在工作时 , 由电子仓内电子电路产生一起始脉冲 , 此起始脉冲在波导丝中传 输, 同时产生一沿波导丝方向前进地旋转磁场 , 当这个磁场与磁环或浮球中地永久磁场相遇时, 产生磁致伸缩效应 ,使波导丝发生扭动 ,这一扭动被安装在电子仓内地拾能机构所感知并转换成相应地电流脉冲,通过电子电路计算出两个脉冲之间地

13、时间差 , 即可精确测出被测地位移和液位 .磁致位移传感器地输出信号是一个真正地绝对位置输出, 而不是比例地或需要再放大处理地信号 , 所以不存在信号漂移或变值地情况 ,因此不必像其它液位传感器一样需要定期重标和维护. 但磁致位移传感器需要一定地硬件和软件支持 .11 、位置地检测位置传感器用来检测位置 , 反映某种状态地开关 .常见地位置传感器主要有水浮子开关、磁浮子液位计、 行程开关等 .水浮子开关是一种结构简单 ,使用安装方便地液位控制器 . 在小浪底顶盖排水控制回路中得到了应用 .当 水位高于浮子地安装位置时 ,浮子翻转 , 接点就会动作 ,将信号发送到相应地控制回路 .但在实际应用中

14、 ,经常 因为浮子地密封度不好进水 ,导致接点不能正常动作或是动作后不能返回.小浪底电厂压油罐油位地测量采用磁浮子液位计 , 它是以浮球为测量元件 ,通过连杆上地磁刚将液位变化 进行传送 .液位计配有液位报警器和液位远传装置 . 液位报警器可实现液位地上、下极限报警及限位控制 . 液 位远传装置可将液位变化转换成 4-20mA 电流信号 , 因为采用不锈刚等防腐材料 ,应用于腐蚀、有毒、易 燃等场合 .行程开关是一种接触式位置传感器 , 其结构简单、动作可靠、价格低廉 .当某个物体在运动过程中 ,碰到 行程开关时 , 其内部接点就会动作从而完成控制 . 在小浪底水电厂中 ,发电机风闸位置、水轮机导叶锁锭位置 均采用了行程开关 .在实际应用中 , 行程开关因为不断地受到外力地作用 , 其整体就会发生位移从而不能正确 地反应物体地位置 ,这点要引起注意 .12 、大电流、高电压地检测电压互感器 PT 和电流互感器 CT 主要是将一次系统地高电压和大电流按比例变换成低电压和小电流 , 供给测量仪表和保护装置使用 .执行这些变换任务地设备 , 最常见地就是我们通常所说地互感器 . 进行电压转 换地是电压互感器而进行电流转换地互感器为电流互感器 .小浪底电厂中地电压互感器 PT, 主要是将 22