在小浪底水電廠中應(yīng)用到的各類傳感器

1　引言

黃河小浪底水利樞紐位于黃河中游最后一段峽谷的出口，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)家一流水力發(fā)電廠，充分應(yīng)用了尖端的自動(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)或最佳狀態(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。

傳感器種類很多，分類標(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)的抗干擾能力；

（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，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)的轉(zhuǎn)速。齒盤安裝在發(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，齒盤上齒與齒之間的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)；三是接近開關(guān)碰撞容易損壞。

7　流量的檢測(cè)

流量傳感器是一種將流量信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的傳感器。常用的主要是電磁流量計(jì)和流量開關(guān)。

電磁流量計(jì)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。電磁流量計(jì)的測(cè)量通道是一段無(wú)阻流檢測(cè)件的光滑直管，因不易阻塞適用 于測(cè) 量含有固體顆粒或纖維的液固二相流體，它不產(chǎn)生因檢測(cè)流量所形成的壓力損失，儀表的阻力僅是同一長(zhǎng)度管道的沿程阻力，對(duì)于要求低阻力損失的大管徑供水 管 道最為適合。所測(cè)得的體積流量，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）變化明顯的影響。

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)軸承冷卻水管道的流量上應(yīng)用了大量的電磁流量計(jì)，將檢測(cè)到的流量信號(hào)轉(zhuǎn)變成4-20mA的 電信號(hào)，以計(jì)算出相應(yīng)的水的流量。但流量計(jì)在安裝上有一定的要求，此外不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體，如油的流量。

小浪底電廠還配備了一些流量開關(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)的控制回路。

8　油混水的檢測(cè)

油混水傳感器是一種用于測(cè)定油混水或油積水的電容式傳感器。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)水的含量，還可廣泛作為 油箱中油混水或油積水的檢測(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)。傳感器送出的信號(hào)進(jìn)行處理后，油中0-100％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)軸承的油槽中用以檢測(cè)油槽中水的含量，防止出現(xiàn)水淹水導(dǎo)或是油槽中用來(lái)冷卻油的 水管發(fā)生破裂。但在實(shí)際的應(yīng)用中，油混水的精度需要進(jìn)一部提高，誤報(bào)警時(shí)有發(fā)生。