傳感器在水電廠中的應用分析

曹倬人

（浙江珊溪經濟發展有限責任公司，浙江 溫州 325211）

傳感器在水電廠中的應用分析

曹倬人

（浙江珊溪經濟發展有限責任公司，浙江 溫州 325211）

摘要：在電廠微機系統改造升級過程中，為了提高電廠自動化水平，滿足無人值班少人值守的要求，根據水電廠不同監控要求采用了一大批傳感器。本文就傳感器的選型，防干擾措施方面做了一些應用分析。

關鍵詞：傳感器；選型；抗干擾

1引言

趙山渡水電廠建于1998年，受當時條件及資金的限制，水輪發電機組采用常規為輔，計算機監控為主的監控方式。控制系統自動化程度不高，經常由于傳感器誤報警或錯報警，導致機組運行不穩定。在電廠微機系統改造過程中取消了常規控制部分，并且根據電廠的實際需要，經過仔細選型，并采取一定的防干擾措施，合理的通過數據總線信息傳輸，使傳感器在水電廠中發揮了應有的作用。

2傳感器在水電控制網絡中一般應用結構（見圖1）

圖1傳感器在水電控制中的應用結構

3傳感器在水電廠中的分類

3.1測速傳感器

對水輪發電機組測速一般通過殘壓測速和傳感器測速，常用的測速傳感器有齒輪測速傳感器，霍爾測速傳感器，光電測速傳感器。

3.2位移傳感器

主要用于水輪機組導葉、輪葉開度測量。

3.3壓力傳感器

主要用來測量調速器油壓，氣系統氣壓，供水系統水壓，水輪機蝸殼進口壓力、尾水出口壓力測量。

3.4液位傳感器

主要用于測量油箱油位，檢修井、滲漏井水位，消防水池水位，前池、尾水水位。

3.5溫度傳感器

溫度傳感器主要用于發電機定子、轉子繞組及鐵芯溫度，變壓器繞組、油面溫度，水輪機軸瓦溫度，空冷器前后溫度以及軸承油溫度的測量。

3.6壓差傳感器

壓差傳感器主要用來測量油、水、氣管道過濾器前后壓差，柵前柵后壓差。

3.7流量傳感器

唐朝有和尚，號圓澤，與朋友李源善（一稱李源）外出，見一孕婦在河邊汲水，圓澤對李說：這婦人懷孕已三年，只待我去投胎，我一直避著，現在遇見沒有辦法了。三天之后，你到她家去看，如嬰孩對你笑一笑，就是我了；再過13年（一稱12年）中秋月夜，我將在杭州天竺寺等你。說罷那夜國澤圓寂，孕婦生一男孩，第三天李去探看，嬰兒果然對地笑了一笑。13年后中秋夜，李源善到天竺寺，見一牧童坐在牛背上唱歌道：“三生石上舊精魂，賞月吟風不要論，慚愧情人遠相訪，此身雖異性常存。”李聽了嘆道國澤與這牧童真是有三生的緣分啊。

主要用來監測軸承油，技術供水，密封水的流量，水輪機流量。

3.8振動傳感器

用來監測發電機組大軸振動情況，實時監測發電機運行工況。

4傳感器的選型

水電廠使用的傳感器運行時間長，重要程度高，運行環境惡劣，干擾強度大，品種很多，原理各異，檢測對象門類繁多。為了結合水輪發電機運行的需要，對傳感器的合理使用要有一個好的評估，并作出合理的選擇。

（1）一般性選擇原則：監測信息需求；量程大小；被測位置要求；信號輸出方式，有線還是無線。選用何種類型的傳感器后，然后考慮傳感器的具體性能。

（2）傳感器在線性范圍內，靈敏度越高越好。靈敏度越高的傳感器測得被測物體變化量后，輸出信號值才大，有利信號處理。這里有個問題值得注意，靈敏度高的傳感器對外界干擾也很敏感，所以要盡量減少外界干擾，本身要具有較高的信噪比。

（3）精度是傳感器的一個重要指標，關系到測量系統的測量精度。在選擇傳感器的精度時只要滿足測量要求就可，因為精度越高，價格越貴。比方說在選擇水輪機導葉和輪葉開度傳感器，轉速傳感器時精度要求高一點，對水輪機調節就更加精準，機組運行就更加穩定，并且可提高機組的運行效率。在選擇油箱液位，水池水位時就沒必要要求那么高，只要滿足實際需要，能有效獲得監測信息就行。

（4）傳感器的頻率響應特性決定了被測物體的頻率范圍，頻率響應越高，可測信號頻率范圍就越寬，但必須在允許頻率范圍之內，以免信號失真。還要注意的問題是：提高傳感器固有頻率時會降低傳感器的靈敏度。

（5）傳感器線性范圍越寬，量程越大。在選擇傳感器時首先選擇量程，精度要求不高時，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性。

（6）水輪機組一般運行年限都達到幾十年或百年，為了減少投資，使用的傳感器壽命越長越好，性能保持不變的能力越強越好，這就要選擇穩定性較強的傳感器。穩定性除傳感器本身結構外，環境因素也是主要原因。在選擇傳感器時，要根據具體的使用環境選用合適的傳感器。水輪機組在運行時，振動大，在選擇輪葉、導葉開度測量監測傳感器時最好選擇非接觸式的，當選用接觸式的傳感器不僅容易損壞，而且容易導致調速器運行不穩定。

5信號抗干擾措施

傳感器的輸出是一種物理量，這種物理量便于傳輸、轉換、處理、顯示等，但主要還是電量信號。傳感器信號的產生和傳輸都很容易受到外界的干擾，導致接收信息失真或錯誤，為了克服干擾帶來的影響，就必須對傳感器的電子回路、信號傳輸回路、接收終端采取抗干擾措施。

（1）水電廠使用的傳感器大多是模擬量輸出，一般采用模擬集成電路，而對集成電路采取的抗干擾措施主要有：

1）對晶體管放大器采取抗干擾措施，抑制晶體管殘余電壓，抑制場效應管的尖峰電壓。

2）抑制運算放大器的自激震蕩，減少運算放大器的共模干擾，克服電源電壓的影響，即采用高穩壓電源回路，減少電源內阻，采用更多的電源濾波措施。

（2）水電廠傳感器信號傳輸線通常較長，短則數米，長則上百米。信號在長距離的傳輸過程中一定會混入各種干擾信號，必須采取一定的抗干擾措施。

1）選用噪音干擾小的信號源，選用噪音小、不易氧化的插頭和插座。

2）信號傳輸線目前一般采用的有雙絞線、屏蔽電纜、同軸電纜和光纜。雙絞線及屏蔽線適合于傳送直流及頻率不太高的信號，如1MHz以下。同軸電纜適合于傳送幾MHz以上信號。光纖的傳輸容量大，速率高，抗干擾性能好，是理想的傳送介質，缺點是造價高了點。當我們采用雙絞線、屏蔽電纜、同軸電纜時，一定要充分考慮信號的電磁屏蔽，屏蔽手段是抑制磁場、電場及高頻輻射干擾的有效方法，傳輸線外面屏蔽層一定要有效接地。

（3）信號接收端是一個含有多個電子元件和電子部件的復雜信號處理器，外來電磁輻射和傳導干擾以及內部元器件之間相互干擾都對數據信息產生干擾和破壞，嚴重影響信號處理器的工作穩定性、可靠性和安全性。必須在功能實現的同時，有效抑制各種干擾信號。

1）處理器選擇過程中，不僅要考慮硬件配置，存儲容量，在實現需求、滿足性能的前提下，還要看它的抗干擾能力。

①危害較嚴重的干擾來自電源，應選擇性能好、抗干擾能力強的供電系統，盡量減少從電源引入干擾。在水力發電廠中可以使用穩壓電源，經過隔離變壓器獲得；也可以采用UPS電源；最好采用直流逆變電源。

②處理器與I/O通道進行信息傳輸時，傳感器信號可能會出現延遲、衰減、畸變，另外還有外部干擾，在信號輸入處加裝耦合隔離器，可以有效的阻擋部分信號干擾。

③處理器部分電子元件及電路極易受外部電磁干擾，如弱信號放大電路，開關電源等，對這部分器件可采取電磁屏蔽措施。

2）上面對處理器硬件上采取一定的防干擾措施，其實對軟件方面也可以采取一定的對策。

①對處理器CPU進行睡眠干擾，如果讓CPU在無工作時休眠，有工作時才由中斷系統喚醒，這樣可以大大降低干擾。

②程序編寫過程中，在一些雙字節、三字節指令后插入單字節指令，當干擾使正常程序脫離軌道時，可使亂飛的PC指針指向程序運行區，程序恢復正常。

③通過軟件陷阱強行將跑飛的程序引向專門處理錯誤的程序的入口地址，再進行出錯處理。

④通過軟件形成“看門狗”，使CPU復位。即通過不斷檢測程序循環時間，若程序運行時間超過最大循環運行時間，就認為程序出錯，進行出錯處理。

6結語

結合計算機系統改造，根據水電廠傳感器應用要求，就傳感器的選型及防干擾措施方面作了一些分析探討。通過這次傳感器的升級換代，自動化程度明顯提高，實現了本廠無人值班、少人值守的要求。

參考文獻：

[1]吳建平.傳感器原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2009.1.

[2]黨安明，張欽軍.傳感器與檢測技術[M].北京：北京大學出版社，2011.8.

中圖分類號：TP212

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）10-0016-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.10.006

收稿日期：2015-03-16

作者簡介：曹倬人（1975-），男，工程師，從事水利工程技術管理工作。