传感器在水电厂中的应用分析

曹倬人

（浙江珊溪经济发展有限责任公司，浙江 温州 325211）

传感器在水电厂中的应用分析

曹倬人

（浙江珊溪经济发展有限责任公司，浙江 温州 325211）

摘要：在电厂微机系统改造升级过程中，为了提高电厂自动化水平，满足无人值班少人值守的要求，根据水电厂不同监控要求采用了一大批传感器。本文就传感器的选型，防干扰措施方面做了一些应用分析。

关键词：传感器；选型；抗干扰

1引言

赵山渡水电厂建于1998年，受当时条件及资金的限制，水轮发电机组采用常规为辅，计算机监控为主的监控方式。控制系统自动化程度不高，经常由于传感器误报警或错报警，导致机组运行不稳定。在电厂微机系统改造过程中取消了常规控制部分，并且根据电厂的实际需要，经过仔细选型，并采取一定的防干扰措施，合理的通过数据总线信息传输，使传感器在水电厂中发挥了应有的作用。

2传感器在水电控制网络中一般应用结构（见图1）

图1传感器在水电控制中的应用结构

3传感器在水电厂中的分类

3.1测速传感器

对水轮发电机组测速一般通过残压测速和传感器测速，常用的测速传感器有齿轮测速传感器，霍尔测速传感器，光电测速传感器。

3.2位移传感器

主要用于水轮机组导叶、轮叶开度测量。

3.3压力传感器

主要用来测量调速器油压，气系统气压，供水系统水压，水轮机蜗壳进口压力、尾水出口压力测量。

3.4液位传感器

主要用于测量油箱油位，检修井、渗漏井水位，消防水池水位，前池、尾水水位。

3.5温度传感器

温度传感器主要用于发电机定子、转子绕组及铁芯温度，变压器绕组、油面温度，水轮机轴瓦温度，空冷器前后温度以及轴承油温度的测量。

3.6压差传感器

压差传感器主要用来测量油、水、气管道过滤器前后压差，栅前栅后压差。

3.7流量传感器

唐朝有和尚，号圆泽，与朋友李源善（一称李源）外出，见一孕妇在河边汲水，圆泽对李说：这妇人怀孕已三年，只待我去投胎，我一直避着，现在遇见没有办法了。三天之后，你到她家去看，如婴孩对你笑一笑，就是我了；再过13年（一称12年）中秋月夜，我将在杭州天竺寺等你。说罢那夜国泽圆寂，孕妇生一男孩，第三天李去探看，婴儿果然对地笑了一笑。13年后中秋夜，李源善到天竺寺，见一牧童坐在牛背上唱歌道：“三生石上旧精魂，赏月吟风不要论，惭愧情人远相访，此身虽异性常存。”李听了叹道国泽与这牧童真是有三生的缘分啊。

主要用来监测轴承油，技术供水，密封水的流量，水轮机流量。

3.8振动传感器

用来监测发电机组大轴振动情况，实时监测发电机运行工况。

4传感器的选型

水电厂使用的传感器运行时间长，重要程度高，运行环境恶劣，干扰强度大，品种很多，原理各异，检测对象门类繁多。为了结合水轮发电机运行的需要，对传感器的合理使用要有一个好的评估，并作出合理的选择。

（1）一般性选择原则：监测信息需求；量程大小；被测位置要求；信号输出方式，有线还是无线。选用何种类型的传感器后，然后考虑传感器的具体性能。

（2）传感器在线性范围内，灵敏度越高越好。灵敏度越高的传感器测得被测物体变化量后，输出信号值才大，有利信号处理。这里有个问题值得注意，灵敏度高的传感器对外界干扰也很敏感，所以要尽量减少外界干扰，本身要具有较高的信噪比。

（3）精度是传感器的一个重要指标，关系到测量系统的测量精度。在选择传感器的精度时只要满足测量要求就可，因为精度越高，价格越贵。比方说在选择水轮机导叶和轮叶开度传感器，转速传感器时精度要求高一点，对水轮机调节就更加精准，机组运行就更加稳定，并且可提高机组的运行效率。在选择油箱液位，水池水位时就没必要要求那么高，只要满足实际需要，能有效获得监测信息就行。

（4）传感器的频率响应特性决定了被测物体的频率范围，频率响应越高，可测信号频率范围就越宽，但必须在允许频率范围之内，以免信号失真。还要注意的问题是：提高传感器固有频率时会降低传感器的灵敏度。

（5）传感器线性范围越宽，量程越大。在选择传感器时首先选择量程，精度要求不高时，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性。

（6）水轮机组一般运行年限都达到几十年或百年，为了减少投资，使用的传感器寿命越长越好，性能保持不变的能力越强越好，这就要选择稳定性较强的传感器。稳定性除传感器本身结构外，环境因素也是主要原因。在选择传感器时，要根据具体的使用环境选用合适的传感器。水轮机组在运行时，振动大，在选择轮叶、导叶开度测量监测传感器时最好选择非接触式的，当选用接触式的传感器不仅容易损坏，而且容易导致调速器运行不稳定。

5信号抗干扰措施

传感器的输出是一种物理量，这种物理量便于传输、转换、处理、显示等，但主要还是电量信号。传感器信号的产生和传输都很容易受到外界的干扰，导致接收信息失真或错误，为了克服干扰带来的影响，就必须对传感器的电子回路、信号传输回路、接收终端采取抗干扰措施。

（1）水电厂使用的传感器大多是模拟量输出，一般采用模拟集成电路，而对集成电路采取的抗干扰措施主要有：

1）对晶体管放大器采取抗干扰措施，抑制晶体管残余电压，抑制场效应管的尖峰电压。

2）抑制运算放大器的自激震荡，减少运算放大器的共模干扰，克服电源电压的影响，即采用高稳压电源回路，减少电源内阻，采用更多的电源滤波措施。

（2）水电厂传感器信号传输线通常较长，短则数米，长则上百米。信号在长距离的传输过程中一定会混入各种干扰信号，必须采取一定的抗干扰措施。

1）选用噪音干扰小的信号源，选用噪音小、不易氧化的插头和插座。

2）信号传输线目前一般采用的有双绞线、屏蔽电缆、同轴电缆和光缆。双绞线及屏蔽线适合于传送直流及频率不太高的信号，如1MHz以下。同轴电缆适合于传送几MHz以上信号。光纤的传输容量大，速率高，抗干扰性能好，是理想的传送介质，缺点是造价高了点。当我们采用双绞线、屏蔽电缆、同轴电缆时，一定要充分考虑信号的电磁屏蔽，屏蔽手段是抑制磁场、电场及高频辐射干扰的有效方法，传输线外面屏蔽层一定要有效接地。

（3）信号接收端是一个含有多个电子元件和电子部件的复杂信号处理器，外来电磁辐射和传导干扰以及内部元器件之间相互干扰都对数据信息产生干扰和破坏，严重影响信号处理器的工作稳定性、可靠性和安全性。必须在功能实现的同时，有效抑制各种干扰信号。

1）处理器选择过程中，不仅要考虑硬件配置，存储容量，在实现需求、满足性能的前提下，还要看它的抗干扰能力。

①危害较严重的干扰来自电源，应选择性能好、抗干扰能力强的供电系统，尽量减少从电源引入干扰。在水力发电厂中可以使用稳压电源，经过隔离变压器获得；也可以采用UPS电源；最好采用直流逆变电源。

②处理器与I/O通道进行信息传输时，传感器信号可能会出现延迟、衰减、畸变，另外还有外部干扰，在信号输入处加装耦合隔离器，可以有效的阻挡部分信号干扰。

③处理器部分电子元件及电路极易受外部电磁干扰，如弱信号放大电路，开关电源等，对这部分器件可采取电磁屏蔽措施。

2）上面对处理器硬件上采取一定的防干扰措施，其实对软件方面也可以采取一定的对策。

①对处理器CPU进行睡眠干扰，如果让CPU在无工作时休眠，有工作时才由中断系统唤醒，这样可以大大降低干扰。

②程序编写过程中，在一些双字节、三字节指令后插入单字节指令，当干扰使正常程序脱离轨道时，可使乱飞的PC指针指向程序运行区，程序恢复正常。

③通过软件陷阱强行将跑飞的程序引向专门处理错误的程序的入口地址，再进行出错处理。

④通过软件形成“看门狗”，使CPU复位。即通过不断检测程序循环时间，若程序运行时间超过最大循环运行时间，就认为程序出错，进行出错处理。

6结语

结合计算机系统改造，根据水电厂传感器应用要求，就传感器的选型及防干扰措施方面作了一些分析探讨。通过这次传感器的升级换代，自动化程度明显提高，实现了本厂无人值班、少人值守的要求。

参考文献：

[1]吴建平.传感器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2009.1.

[2]党安明，张钦军.传感器与检测技术[M].北京：北京大学出版社，2011.8.

中图分类号：TP212

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2015）10-0016-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.10.006

收稿日期：2015-03-16

作者简介：曹倬人（1975-），男，工程师，从事水利工程技术管理工作。