曹倬人

（浙江珊溪經(jīng)濟發(fā)展有限責任公司，浙江 溫州 325211）

傳感器在水電廠中的應(yīng)用分析

曹倬人

（浙江珊溪經(jīng)濟發(fā)展有限責任公司，浙江 溫州 325211）

摘要：在電廠微機系統(tǒng)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(jù)水電廠不同監(jiān)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(yīng)用分析。

關(guān)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(fā)電機組采用常規(guī)為輔，計算機監(jiān)控為主的監(jiān)控方式?？刂葡到y(tǒng)自動化程度不高，經(jīng)常由于傳感器誤報警或錯報警，導(dǎo)致機組運行不穩(wěn)定。在電廠微機系統(tǒng)改造過程中取消了常規(guī)控制部分，并且根據(jù)電廠的實際需要，經(jīng)過仔細選型，并采取一定的防干擾措施，合理的通過數(shù)據(jù)總線信息傳輸，使傳感器在水電廠中發(fā)揮了應(yīng)有的作用。

2傳感器在水電控制網(wǎng)絡(luò)中一般應(yīng)用結(jié)構(gòu)（見圖1）

圖1傳感器在水電控制中的應(yīng)用結(jié)構(gòu)

3傳感器在水電廠中的分類

3.1測速傳感器

對水輪發(fā)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(dǎo)葉、輪葉開度測量。

3.3壓力傳感器

主要用來測量調(diào)速器油壓，氣系統(tǒng)氣壓，供水系統(tǒng)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(fā)電機定子、轉(zhuǎn)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(xiàn)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?！崩盥犃藝@道國澤與這牧童真是有三生的緣分啊。

主要用來監(jiān)測軸承油，技術(shù)供水，密封水的流量，水輪機流量。

3.8振動傳感器

用來監(jiān)測發(fā)電機組大軸振動情況，實時監(jiān)測發(fā)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(huán)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(jié)合水輪發(fā)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(jiān)測信息需求；量程大?。槐粶y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(nèi)，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(guān)系到測量系統(tǒng)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(dǎo)葉和輪葉開度傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器時精度要求高一點，對水輪機調(diào)節(jié)就更加精準，機組運行就更加穩(wěn)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(jiān)測信息就行。

（4）傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測物體的頻率范圍，頻率響應(yīng)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(nèi)，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(wěn)定性較強的傳感器。穩(wěn)定性除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，環(huán)境因素也是主要原因。在選擇傳感器時，要根據(jù)具體的使用環(huán)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(dǎo)葉開度測量監(jiān)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(dǎo)致調(diào)速器運行不穩(wěn)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(zhuǎn)換、處理、顯示等，但主要還是電量信號。傳感器信號的產(chǎn)生和傳輸都很容易受到外界的干擾，導(dǎo)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(yīng)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(wěn)壓電源回路，減少電源內(nèi)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(shù)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(zhì)，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(fù)雜信號處理器，外來電磁輻射和傳導(dǎo)干擾以及內(nèi)部元器件之間相互干擾都對數(shù)據(jù)信息產(chǎn)生干擾和破壞，嚴重影響信號處理器的工作穩(wěn)定性、可靠性和安全性。必須在功能實現(xiàn)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(xiàn)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(yīng)選擇性能好、抗干擾能力強的供電系統(tǒng)，盡量減少從電源引入干擾。在水力發(fā)電廠中可以使用穩(wěn)壓電源，經(jīng)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(xiàn)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(guān)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(tǒng)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(jié)、三字節(jié)指令后插入單字節(jié)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(qū)，程序恢復(fù)正常。

③通過軟件陷阱強行將跑飛的程序引向?qū)ｉT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(fù)位。即通過不斷檢測程序循環(huán)時間，若程序運行時間超過最大循環(huán)運行時間，就認為程序出錯，進行出錯處理。

6結(jié)語

結(jié)合計算機系統(tǒng)改造，根據(jù)水電廠傳感器應(yīng)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(xiàn)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(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.1.

[2]黨安明，張欽軍.傳感器與檢測技術(shù)[M].北京：北京大學(xué)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(shù)管理工作。