光電傳感器的應用研究

張兵++韓瑋++張文譯

摘 要：基于光電傳感器因為其絕緣性好、抗干擾能力強、體積小、重量輕等特點，使得光電傳感器在變電站通信系統中廣泛應用。光電傳感器在變電站通信系統的使用使變電站通信系統和結構發生了轉變，該文通過對光電傳感器對變電站影響進行研究，變電站通信系統和結構的變化有助于提高變電站通信系統的自動化水平，進一步擴展光電傳感器在變電站中的應用。

關鍵詞：光電傳感器 通信控制 變電站 通信系統

中圖分類號：TP212.14 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（a）-0060-02

光電傳感器是利用光電元件制成的傳感器，包括光源、光學通路和光電元件3個部分。光電傳感器的工作原理就是通過測量頭感應光源，測量頭將感應到的光源以光信號的形式傳遞給光學系統，光學系統再傳遞給光電元件，這個信號經過光電元件的轉化以光參量信號的形式傳遞給電子測量電波，最后經電子測量電波轉化為可用的信號。光電傳感器基于光信號自身的特點具有傳遞快、對光敏感的特點。

光電傳感器因為其絕緣性好、抗干擾能力強、體積小、重量輕等特點取代傳統的電磁式互感器在變電站通信控制系統中的地位，廣泛應用于變電站通信控制系統中。變電站通信控制系統是構成變電站系統的關鍵，直接影響變電站系統的自動化水平。該文從光電傳感器對變電站影響和光電傳感器在變電站中的應用等兩個方面出發，研究光電傳感器對變電站通信系統的影響[1-5]。

1 光電傳感器對變電站的影響

從性能上來說，光電傳感器具有以下特點：檢測距離較長；與其他傳感器相比檢查相應的時間短；分辨率高；能夠通過非直接接觸的方式對物體進行檢測；通過顏色的不同來判別物體。基于光電傳感器的這些優良特性，使光電傳感器廣泛應用于變電站領域，使變電站的通信系統和結構發生了改變，進一步推動了變電站的自動化水平。

1.1 光電傳感器對變電站系統、結構的影響

基于光電傳感器性能優點以及體積小、質量輕等特點，使光電傳感器在變電站通信系統中的應用具有無可取代的優勢。傳統的變電站通信系統的通信模式是將模擬的信號傳輸到變電站通信系統的所有間隔層，這樣使得模擬信號的傳輸過程極大地增加了傳感器的負荷，以及接線復雜等問題，同時對設備的后期維修增加了難題。光電傳感器采用區別于傳統傳感器模擬信號的數字信號進行信號傳輸，極大地減輕了傳感器的負擔，同時數字信號具有一點多傳的傳播優勢，完全取代二次電纜，避免了接線復雜的問題，有利于設備的后期維修，同時實現了真正意義上的信息資源共享。

光電傳感器在變電站通信系統中的廣泛應用，使得變電站的通信系統結構發生了質的變化，極大地優化了變電站的通信系統結構，為提高變電站的自動化水平奠定了基礎。變電站通信系統結構如圖1所示，由圖可以看出，變電站的通信系統結構主要由變電站層、間隔層以及過程層3個部分組成。傳統的變電站通信系統結構只有兩層，光電傳感器的應用使數字控制開關、智能開關設備等配套的電子設備在變電站通信系統中廣泛存在。基于光電傳感器的點對點傳輸或一點對多點的傳輸變電站通信系統的結構轉變極大地簡化了接線復雜程度，同時極大地提高了后續工作的效率。此外，光電傳感器的接口設計使變電站通信系統的使用更加方便，能夠促進相關系統中軟硬件的標準達到較高的水平，確保變電站通信系統高效平穩運行。變電站通信系統的結構轉變使變電站通信系統更具開放性、靈活性，為實現變電站通信系統的自動化提供了可能[2，3]。

1.2 光電傳感器對變電站通信系統自動化的影響

我國各地的經濟發展水平不協調，呈現東高西低的態勢，使我國電力的發展水平也具有較大差異，從而導致變電站通信系統的自動化水平處于不平衡的態勢。在許多地區仍存在傳統老式自動化系統與先進自動化系統共存的狀況，使得先進自動化系統要與傳統老式自動化系統的集中化組屏兼容，從而實現新式與傳統自動化系統的有機整合，共同為變電站的通信系統貢獻自己的力量。光電傳感器在這個有機整合的過程中起著數字信息傳遞和轉換模擬量的作用[2，3]。

光電傳感器使用與儀用傳感器單元的配合使用，使兼容傳統互感器，點對點通信，過程總線共享傳感器數據，過程總線和站級總線統一以及全站共享數據成為可能。隨著現代網絡技術的不斷發展，使得變電站總站級與過程站等的連接成為可能，同時可以在變電站通信過程中統一使用標準化的MMS協議，以保證變電站通信系統的實時響應性能滿足要求。過程總線和站級總線統一有利于實現信息的全站共享，同時降低了連接方式和維修的難度和復雜性，加速了變電站通信系統的自動化[4，5]。

2 光電傳感器在變電站中的應用

變電站的主要傳輸方式是高壓直流輸電，在高壓直流輸電系統的變電站中光電傳感器較多的運用于直流場直流電壓、直流電流的采集。李豹等對高肇直流肇慶換流站進行調研發現，高肇直流肇慶換流站內共有4個分別用來采集雙極直流線路電壓、中性母線電壓的光電電壓互感器，同時配置有11個分別用來采集雙極直流線路電流、高壓母線電流、中性母線電流以及接地極線路電流的光電電流互感器。其中電壓電流信號經過光電互感器的轉換和傳遞進入保護和控制系統，從而實現對系統的控制和保護。李豹等對高肇直流肇慶換流站在2005—2011年的故障研究發現故障主要出現在光電傳感器的光電轉換單元故障、測量系統板卡故障和光纖通道故障，其中光電轉換單元故障最多。由此可見，光電傳感器在變電站信息系統中處于核心地位，只有保障光電傳感器的正常運行才能減少變電站的故障，從而提高變電站的運行效率[1]。

隨著光電傳感器在變電站的廣泛使用，關于變電站故障的研究也有很多，對光電傳感器故障的研究表明光電傳感器自身故障是變電站故障的主要形式，因此，只有增強光電傳感器的質量和經常性的信息維護才能保證變電站的高速運行。

3 結語

該文通過對光電傳感器對變電站影響、光電傳感器在變電站中的應用等兩個方面的研究發現：（1）光電傳感器采用先進的數字信號傳輸模式取代傳統的模擬信號模式，極大地改善了變電站通信系統；（2）光電傳感器使變電站的通信系統結構由兩層轉變為包含變電站層、間隔層以及過程層3個部分結構，提高了后續工作的效率，為實現變電站通信系統的自動化提供可能；（3）光電傳感器與現代化網絡技術的結合是未來電力系統的主要發展方向；（4）隨著光電傳感器的廣泛應用，光電傳感器的光電轉換單元故障、測量系統板卡故障和光纖通道故障成為變電站的主要故障。

參考文獻

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[2] 耿楠.光電傳感器在變電站通信控制系統中的應用[J].中國高新技術企業，2012（12）：62-63.

[3] 呂國策.傳感器在變電站通信控制系統中的應用研究[J].科技傳播，2015，7（18）：70-71.

[4] 韓小濤，尹項根，張哲，等.光電傳感器在變電站通信控制系統中的應用探討[J].電力系統及其自動化學報，2003， 15（3）：93-96.

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