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)過程中，需要要用各種傳感器來監(jiān)視和 控制生產(chǎn)過程中的各個(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　傳感器簡介

傳感器是一種能夠感受規(guī)定的被測量，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，主要用來檢測位置、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

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檢測水輪發(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，還主要測量發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的溫度以及用來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)線引起測量誤差需要采用三線制接法。

5　壓力的檢測

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，也包括測量高于大氣壓的壓力計(jì)以及測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檢測壓力氣罐和壓力油罐的壓力以及集水井中用來 檢 測水位的壓力。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 夠安全地檢測到被測 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，傳感器長時(shí)間的使用容易出現(xiàn)疲勞造成測量信號(hào)的不準(zhǔn)確，需要定期更換。

6　速度的檢測

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，既可以檢測直線速度，也可以檢測角速度，常用的有測速發(fā)電機(jī)和脈沖編碼器以及齒盤測速等。

在小浪底水電廠中，采用齒盤來測量發(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，齒盤測速裝置還具有高可靠的零轉(zhuǎn)速（蠕動(dòng)）檢測功 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，它是通過掃描齒與齒之間的時(shí)間來計(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

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)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。電磁流量計(jì)的測量通道是一段無阻流檢測件的光滑直管，因不易阻塞適用 于測 量含有固體顆?；蚶w維的液固二相流體，它不產(chǎn)生因檢測流量所形成的壓力損失，儀表的阻力僅是同一長度管道的沿程阻力，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

油混水傳感器是一種用于測定油混水或油積水的電容式傳感器。用于檢測水輪發(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。

油混水傳感器置入被測介質(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油槽中水的含量，防止出現(xiàn)水淹水導(dǎo)或是油槽中用來冷卻油的 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。