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大量不同类型的传感器在水电厂中的应用

时间:2021-01-07 点击次数:

现代化的自动化生产要求使用各种传感器对生产过程各参数进行监控和控制,使设备处于正常或最佳工作状态,所以,优良的传感器是现代化生产的基础。

感应器是一种能感觉到特定的量度,并根据某种规律转换成可用的输出信号的设备或装置,其输入信号(被测量的)通常是无电量,输出信号通常是易于处理的电量,例如电压或电流。

感应器有多种,分类标准不同,叫法也不同,常见的有电阻感应器,电感感应器,电容感应器,温度感应器,压电感应器,霍尔感应器,热电偶感应器,光电感应器,数字位置感应器等。

在水力发电厂所使用的传感器方面,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、温度传感器和流量传感器,这些传感器主要用于位置、直线位移、压力、温度和流量的检测。

而且发电厂对于传感器的要求也是相对应的,现代大型水力发电厂一般都有“无人值班,少人值班”的要求,为了提高设备的总体效率和工作可靠性,所以对传感器的要求就很高:

(1)可靠性高,抗干扰能力强;

(2)满足精度和速度要求;

(3)适用于电厂特殊环境,使用和维护方便;

(4)费用低廉。

检测温度。

温感器是一种能把温度高低转换为电阻大小或其它电信号的装置。常用的传感器有热电阻传感器,主要是铂,铜,主要是半导体材料,主要是热敏电阻和热电偶。

该温度传感器不仅用于水轮发电机组的导向、推力、下导向、导向轴承的温度和四部导轴承油槽内的油温度的检测,而且主要用于测量发电机定子和转子的温度以及用于冷却发电机空气冷却器内水的温度。

由于水轮发电机四部导轴承工作环境恶劣,且铂电阻导线经常发生断裂,因此,水轮发电机在运转过程中,需要对铂电阻导线进行特殊保护,以防止油槽中的杂质对发电机运转产生持续的冲击。另外,盘柜安装位置与传感器位置有一定的距离,为了防止因导线引起的测量误差,需采用三线制法。

检测压力:

压力传感器是把压力信号转化为电信号的传感器。按其工作原理可分为压电传感器,压阻传感器,电容传感器。该术语用于测量所有物质,如气体,液体,固体等之间的作用力,还包括测量大气压以上的压力计和气压以下的真空计。由于灵敏度高,温度稳定性好,压力量程大,电容式压力传感器的容量取决于电极面积和两个电极之间的距离,近年来发展很快。水力发电厂中,压力传感器主要用于测压气罐、压力油罐和集水井中的水位压力。在这个时候,压力传感器把压力信号转换成4-20毫安的电磁波,用来计算相应的压力信号或水位信号。

无论是在空气压缩机控制系统、油压装置控制系统,还是在电厂检修或渗漏排泄控制系统中,都需要安装两组互为备用的压力传感器,甚至是三组传感器,主要是能够安全检测到测量值,以防止因压力气罐和压力油罐压力大幅下降而导致机组事故停机,也可以防止因集水井中水位过高而未能及时排出厂房渗漏水而导致厂房发生水淹。

电站也配有一些压力开关,当压力大于或小于某一设定值时,触点就会运动,向相应的控制回路发送信号。

压力传感器的零位在实际应用中容易出现漂移,因此需要定期进行检测。另外,传感器长期使用易产生疲劳,导致测量信号不准确,需定期更换。

测速:

转速传感器是将速度信号转化为电信号的传感器,它既能检测直线速度,又能检测角速度,常用的有测速发电机、脉冲编码器、齿盘测速等。

水力发电厂采用齿盘法测定发电机转速。齿轮盘安装在发电机延长轴的凸缘上,其速度信号可直接从水轮机转轴获得,是转速输入的理想信号。齿盘测速装置具有高可靠的零转速(蠕动)检测功能,与PT测速信号相比,齿盘测速信号不受发电机残压和非周期杂波的干扰,具有更高的可靠性。火车头的齿盘数目是56个,额定转速是107.1RPM,探针的脉冲频率是100赫兹,产生的脉冲信号直接输入到速度传感器模块。

但是,齿盘速度测量也有缺点,一方面是增加了硬件成本和App的复杂度,另一方面是由于加工精度的限制,齿盘上的齿和齿之间的距离不能完全相等,或者说齿距不能完全均匀。对高灵敏度速度传感器,其速度是通过齿间时间扫描来计算的,即使机组实际转速没有发生变化,齿间间隔不同时,速度也会发生变化,从而产生干扰信号;接近开关碰撞时,也容易损坏。

检测流动:

流量计是把流量信号转换成电信号的一种传感器。主要使用电磁流量计和流量开关。

电磁式流量计是根据法拉第电磁感应定律制作的测量导电液体积流量的仪器。电磁式流量计的测量通道为平直管内无阻探头,由于不易堵塞,适用于测量液-固二相流体中含有固体颗粒或纤维,不产生压力损失,这种探头的阻力只是同长度管道的沿程阻力,最适合于要求阻力损失较小的大管径供水管道。测量的体积流量,不受流体密度,粘性,温度,压力和电导率的明显影响(只要高于某个阈值)。

火力发电厂技术供水系统中,大量电磁流量计应用于监测上下导、推力和水导轴承冷却水管道的流量,将检测到的流量信号转换为4-20mA的电信号,从而计算出相应的水量。但是,对于流量计的安装有一定的要求,而且无法测量导电率非常低的液体,如油的流量。

发电厂也有一些流量开关,当流量大于或小于一定设定值时,触点就会发生动作,并向相应的控制回路发送信号。

油水混合物的检测

油混水传感器是一种电容式传感器,用于测量油混水或油积水。适用于水轮发电机组自动控制油系统中回油箱或漏油油箱内含水量的检测,也可广泛用于检测油箱内含油混合物或积水。

在被测介质中放置油混水传感器,在油混水后介质值发生变化,传感器输出相应的电信号。经信号处理后的传感器输出的油液含水量在0-100%之间,转化为相应的4-20毫安的油液输出。

水混水传感器安装在水电厂上导管、下导管、水导管和水导管轴承四部导管轴承的油槽内,用于检测含水量,以防止导管或油槽内用于冷却油的水管发生水淹或破裂。但是在实际应用中,需要对油混水的精度有一定的提高,误报时有发生。

检测发电机摆度和振动。

利用电涡流传感器探测水轮发电机上导-下导-水导-大轴摆动的原理,它实际上是一种位移传感器,它依靠探测线圈产生的高频电磁场在被测表面上感应电涡流及其引起的线圈阻抗的变化来反映探测线圈到被测表面的距离。

传感器用于探测水轮发电机组上机架、下机架、定子铁心、定子座及顶盖、尾水管的振动,属于速度传感器的一种。通常使用的速度传感器是磁电式的弹簧-质量系统传感器,其测量对象相对于地面的绝对运动。

在水电厂中,振动和摆度的测量得到了很好的应用,摆度的测量有X方向和Y方向两种方向,被测物轴向和径向两种方向的振动。水轮发电机组摆度和振动数据的采集,可以检测顶盖和尾水管中的压力波动、机组转动部分的机械不平衡度,以及转子与机组中心之间是否有偏移,使电磁力不平衡,充分反映了机组在转动过程中的健康状况。随著科技的发展,振动、摆度的检测已成为水电厂检修的重要内容。对机组进行状态检修,大大提高了机组的利用率。

检测位移:

测位移的传感器主要是脉冲编码器和磁致位移传感器。

脉冲式编码器是一个角位移传感器,它能将机械转角转换为电脉冲。该编码器可用于电厂进水闸门及尾水防淤闸门的位移检测。

磁致位移传感器用于筒阀位移的测量。因筒阀安装环境恶劣,同时精度要求高,所以采用了磁致位移传感器。磁致位移传感器在工作时,电子仓内的电子电路产生一起始脉冲,该脉冲在波导丝中传输,同时产生一个沿波导丝前进的旋转磁场,当该磁场与磁环或浮球中的永久磁场相交时,会产生磁致伸缩效应,使波导丝发生扭动,这种扭动会被装在电子仓内的拾拾器感知,并将其转换为相应的电流脉冲,通过电子电路计算出两个脉冲之间的时间,从而准确地测量出被测位移和液位。

磁致位移传感器的输出信号是一种绝对位置输出信号,不是比例输出,也不是进行再放大处理的信号,因此不存在信号漂移或变化的情况,因此无需像其他液位传感器那样需要定期重新标定和维护。而磁致位移传感器的设计需要一定的软硬件支撑。

定位检测:

用于检测位置的开关,它反映某种状态。常用位置传感器主要有水浮开关,磁浮子液位计,行程开关等。

水浮开关是一种结构简单,安装方便的液位控制器。该方法已应用于顶盖排水控制回路。水平线高于浮筒安装位置时,浮筒翻转,接点运动,信号被传送到相应的控制回路。但是在实际应用中,经常因浮子密封不好进水,导致接点无法正常移动或移动后无法返航。

电站高压油罐油位测量采用磁浮子液位计,以浮球为测量元件,通过连杆上的磁刚,将液位变化传递给电网。该液位计装有液位报警器和液位远传装置。水位报警器可以实现水位的上下限报警和限制控制。该装置能将液位变化转化为4-20毫安的电流信号,由于它采用了不锈刚粉等防腐材料,适用于腐蚀、有毒、易燃等的场合。

冲程开关为接触式位置传感器,结构简单,动作可靠,价格低廉。在移动物体的过程中,当接触到行程开关时,它的内部接点会发生作用,从而完成控制。水厂的发电机风闸位置、水轮机导叶的锁锭位置均为行程开关。实际上,行程开关由于受外力的持续作用,其整体将会发生位移,因而不能对物体位置进行正确的反应,这是值得注意的。

高电流,高电压检测

PT和电流互感器CT主要是把主系统的大、高电压按比例转换为低电压、小电流,供测量仪器和保护装置使用。完成转换任务的设备,最常用的就是大家常说的变压器。对电压互感器进行电压转换,对电流互感器进行电流转换。

要注意的是,严禁将电流互感器二次侧断开,在电压互感器二次侧严禁短路或接地。

交流电路中采用了电压互感器和电流互感器。另外,还有分流器,可以将直流大电流转换成毫伏级。

上述传感器在水电厂的应用是目前的现状,但随着传感器技术的发展和科学技术水平的提高,将会有更多、更好的传感器不断出现,从而进一步提高电站的自动化水平。

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