传感器在电力行业的应用

作者:admin   发布时间:2015/9/8 18:36:46   浏览次数:3454

行业应用——传感器在电力行业的应用

随着现代测量、控制和自动化技术的发展，传感器技术越来越受到人们的重视。在火力发电厂的电力生产过程中应用，保证热力设备系统的安全经济运行。本文通过介绍离子敏传感器、光线传感器、静电传感器、无线传感器、料位传感器在电力行业中的应用，体现传感器的实用价值。

传感器是将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。进入20世纪80年代以来，随着现代科学技术的飞速发展，特别是大规模集成电路技术的发展和微型计算机的普及，传感器在技术革命中的地位和作用越来越突出。传感器作为电脑的五官，就像人的眼、耳、鼻、舌、皮肤那样，可以搜集各种信息，这些信息送入电脑后，由电脑进行思维判断，并发出各种控制信号去控制执行机构，从而满足各种社会需要。

在火力发电厂的电力生产过程中，必须保证热力设备系统的安全经济运行，这就要求能准确、及时地分析和监督设备中使用的工质（水、汽等）的主要参数和品质。因此，长期以来，在火力发电厂中形成了一套化学分析和化学监督的方法。随着电力工业的发展，高温、高压、大容量机组越来越多地进入电厂的生产行列。水处理设备、工艺不断革新，自动化技术也引入到水处理工艺和水处理控制的自动调解中，所有这些对分析的准确性和及时性都提出了更高的要求。另一方面，我国仪表工业发展很快，提供了越来越多的可供选用的成分分析仪表，

一、离子敏传感器的应用

离子敏传感器的敏感膜的作用是选择待测离子，是接受器；换能器的作用是将待测离子的活度转换为电信号。敏感膜和换能器是化学传感器的关键，器形式决定了离子敏感期的类型。因此，可以根据敏感膜和换能器将离子型传感器分类。按敏感膜分类有：玻璃膜式、固态膜式、液态膜式离子敏传感器；按换能器分类有：电极型、场效应管型、光导纤维型、声表面波型离子敏传感器[1]。

其中玻璃膜和固态膜类型应用最广泛，最易于各种换能器结合；而再换能器中，离子选择电极应用最广。但目前发现最多最快的是场效应管型离子敏传感器。这一方面得益于近年来飞鼠发展的硅半导体制造技术，另一方面，由于这种传感器性能可靠，应用方便，易于集成化，因而很受欢迎[2]。在电厂中利用离子敏传感器原理建立起来的仪表，最常见的是pH计和pNa计。

二、光线传感器的应用

光线是20世纪后半叶的重要发明之一。它与激光器、半导体光电探测器一起构成了新的光学技术，即光电子学新领域。光线的最初研究是为了通讯；由于光线具有许多新的特性，因此，在其他领域也发展了许多新的应用，其中之一就是构成光线传感器。

光纤传感器以其高灵敏度、抗电磁干扰、耐腐蚀、可挠曲、体积小、结构简单、以及与光线传输线路相容等独特优点，受到世界各国广泛重视[3]。现已证明，光线传感器可应用于位移、振动、转动、压力、弯曲、应变、速度、加速度、电流、磁场、电压、湿度、温度、声场、流量、浓度、pH值等70多个物理量的测量，且具有十分广泛的应用潜力和发展前景。

电力系统把分布式光纤温度传感引入到电网高压电缆在线监测的应用上，能对电力系统中的高压电缆实现全线路的实时动态温度监测,在采用标准的电缆实时热模型下还可以得到电缆的动态载流量的情况。随着技术和设备成本的不断降低,该技术在电缆状态在线监测、电缆接头火灾监测,架空电缆应力监测、探测和识别电力电缆的热点、电缆的载流量动态计算、电缆发生断线故障时断点位置的测量等方面都具有广泛的应用前景[4]。

三、静电传感器的应用

采用静电传感器对气力输送管道中煤粉颗粒的质量流量进行在线测量是一种极具前景的测量方法，具有很高的研究与应用价值[5]。其测量原理是利用气力输送过程中煤粉颗粒产生静电电荷的机理，通过信号采集系统对静电信号进行转换和处理[6]。因此，静电产生原理静电传感器测量系统的基础，静电传感技术的本质就是静电电荷测量技术。

静电法进行煤粉质量流量测量是国际多相流测量领域的一项新技术。其主要的测量机理是因为在气力输送过程中，处于快速流动或抖动、振动等运动状态下的粉体与管壁、气流之间的摩擦、碰撞、分离，以及粉体自身颗粒之间的相互摩擦、碰撞、分离、固体断裂等，使粉体带上了相当数量的静电[7]。这些静电电荷可以通过采用合适的电极结合相应的信号处理电路而测量出来。采用静电传感器，对处于气力输送管道中各个位置的固体颗粒具有较高的敏感度，适合于在稀相及浓相等各种条件下进行测试。同时，由于固体颗粒的静电粘合特性会使传感区域产生颗粒沉积，这将导致在速度及浓度测试中产生较大误差。从这个角度来说，静电传感器只对管道中运动的颗粒产生反应，测得的浓度值在很大程度上不受颗粒沉积的影响[8]。因此，采用静电传感方法可以有效地避免这种误差的产生。静电传感器的结构设计新颖，易于安装在大口径的气力输送管道中，因此静电传感器具有广泛的研究与应用的前景。

四、无线传感器网络在电力系统的应用

无线传感器网络的节点可以部署于条件苛刻的环境中，如高空高压电网或发电机房等。节点能够长期高效采集有效数据，从而免去人工检查的繁琐工程和维护次数，并且减少有线监控的高额成本。因此，在电力行业中能够得到有效的应用。

国家电力建设研究所目前已将克尔斯博公司的无线传感器网络产品用于监测大跨据输电线路的应力、温度和震动等参数。每个传感器节点部署在高压输电线上，而网关固定在高压输电塔上。此项目克服了超高压大电流环境中在线监测装置的电磁屏蔽、工频干扰、电晕干扰、在线监测装置的长期供电等技术难题；解决了导地线微风振动传感技术、无线数据传输、多参数信息监测与集成等关键技术问题[9]。

无线传感器网络的优良特性将为电力系统提供更加广泛和完善的解决方案。克尔斯博灵活、开放、可配置的无线传感器网络技术平台将能够满足电力行业开发与应用的特殊需求，使及时、准确、低成本的电力系统监测控制成为可能。

五、料位传感器及其在火电厂中的应用

料位测量是物位测量中的一个分支。物位是指贮存容器或工业生产设备里的液体、粉粒状固体、气体之间的分界面位置，根据具体用途分为液位、料位和界位传感器。

目前，我国主要是以原煤为发电燃料，大多数电厂锅炉都采用煤粉向锅炉供料。对于直吹式供料的锅炉，煤仓料位高低关系到锅炉乃至发电系统能否正常运行。煤仓料位过满溢出，造成冒煤事故；煤仓料位过低或排空会造成燃烧不稳甚至灭火停机的大事故[10]。对于中贮式供料的锅炉，既有煤仓，又有粉仓，煤仓粉位的控制尤为重要。煤粉仓是燃料的中转站，煤粉是用空气传输的，高热的气体使煤粉进入煤仓中就有了一定的“基温”，一般在70°C左右，其作用是使煤粉有一定的离散性。可是，这个温度使煤粉中的水分快速蒸发并被吸潮管排出仓外，煤粉将越来越干燥，这种煤粉是极易集热，集热的最终结果是燃烧。燃烧加剧周围乃至仓内的集热，周而复始，恶性循环，这样如不能及时的有效控制，其结局将是白白烧掉大量煤粉。据有关资料报道，自燃煤粉约占发电总用煤量的0.5%左右。另外，煤仓煤粉爆炸的损失更大，多年来，煤仓煤粉爆炸事故常有发生，给火电厂造成巨大损失[11]。目前，最经济、最适用的方法是通过可靠的料位传感器对煤仓的煤位和粉位进行监控，使其始终处于最佳中转适控状态，这是火力发电机组安全运行的首要保证。

众所周知，科技进步是社会发展的强大推动力。科技进步的重要作用在于不断用机器（仪器）来代替和扩展人的体力劳动和脑力劳动，以大大提高社会生产力。在电厂中，仪表代替手工分析，不仅仅是为了节省人力、减轻劳动强度、改善劳动条件，它的准确、灵敏、及时、连续等方面也是手工分析无法比拟的，这对现代火力发电厂或是核电站都是十分重要的。