作者:admin   發(fā)布時間:2015/9/8 18:36:46   瀏覽次數(shù):3585

行業(yè)應(yīng)用——傳感器在電力行業(yè)的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代測量、控制和自動化技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)越來越受到人們的重視。在火力發(fā)電廠的電力生產(chǎn)過程中應(yīng)用，保證熱力設(shè)備系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行。本文通過介紹離子敏傳感器、光線傳感器、靜電傳感器、無線傳感器、料位傳感器在電力行業(yè)中的應(yīng)用，體現(xiàn)傳感器的實用價值。

傳感器是將各種非電量（包括物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硪环N物理量（一般為電量）的裝置。進入20世紀80年代以來，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和微型計算機的普及，傳感器在技術(shù)革命中的地位和作用越來越突出。傳感器作為電腦的五官，就像人的眼、耳、鼻、舌、皮膚那樣，可以搜集各種信息，這些信息送入電腦后，由電腦進行思維判斷，并發(fā)出各種控制信號去控制執(zhí)行機構(gòu)，從而滿足各種社會需要。

在火力發(fā)電廠的電力生產(chǎn)過程中，必須保證熱力設(shè)備系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行，這就要求能準確、及時地分析和監(jiān)督設(shè)備中使用的工質(zhì)（水、汽等）的主要參數(shù)和品質(zhì)。因此，長期以來，在火力發(fā)電廠中形成了一套化學(xué)分析和化學(xué)監(jiān)督的方法。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，高溫、高壓、大容量機組越來越多地進入電廠的生產(chǎn)行列。水處理設(shè)備、工藝不斷革新，自動化技術(shù)也引入到水處理工藝和水處理控制的自動調(diào)解中，所有這些對分析的準確性和及時性都提出了更高的要求。另一方面，我國儀表工業(yè)發(fā)展很快，提供了越來越多的可供選用的成分分析儀表，

一、離子敏傳感器的應(yīng)用

離子敏傳感器的敏感膜的作用是選擇待測離子，是接受器；換能器的作用是將待測離子的活度轉(zhuǎn)換為電信號。敏感膜和換能器是化學(xué)傳感器的關(guān)鍵，器形式?jīng)Q定了離子敏感期的類型。因此，可以根據(jù)敏感膜和換能器將離子型傳感器分類。按敏感膜分類有：玻璃膜式、固態(tài)膜式、液態(tài)膜式離子敏傳感器；按換能器分類有：電極型、場效應(yīng)管型、光導(dǎo)纖維型、聲表面波型離子敏傳感器[1]。

其中玻璃膜和固態(tài)膜類型應(yīng)用最廣泛，最易于各種換能器結(jié)合；而再換能器中，離子選擇電極應(yīng)用最廣。但目前發(fā)現(xiàn)最多最快的是場效應(yīng)管型離子敏傳感器。這一方面得益于近年來飛鼠發(fā)展的硅半導(dǎo)體制造技術(shù)，另一方面，由于這種傳感器性能可靠，應(yīng)用方便，易于集成化，因而很受歡迎[2]。在電廠中利用離子敏傳感器原理建立起來的儀表，最常見的是pH計和pNa計。

二、光線傳感器的應(yīng)用

光線是20世紀后半葉的重要發(fā)明之一。它與激光器、半導(dǎo)體光電探測器一起構(gòu)成了新的光學(xué)技術(shù)，即光電子學(xué)新領(lǐng)域。光線的最初研究是為了通訊；由于光線具有許多新的特性，因此，在其他領(lǐng)域也發(fā)展了許多新的應(yīng)用，其中之一就是構(gòu)成光線傳感器。

光纖傳感器以其高靈敏度、抗電磁干擾、耐腐蝕、可撓曲、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、以及與光線傳輸線路相容等獨特優(yōu)點，受到世界各國廣泛重視[3]。現(xiàn)已證明，光線傳感器可應(yīng)用于位移、振動、轉(zhuǎn)動、壓力、彎曲、應(yīng)變、速度、加速度、電流、磁場、電壓、濕度、溫度、聲場、流量、濃度、pH值等70多個物理量的測量，且具有十分廣泛的應(yīng)用潛力和發(fā)展前景。

電力系統(tǒng)把分布式光纖溫度傳感引入到電網(wǎng)高壓電纜在線監(jiān)測的應(yīng)用上，能對電力系統(tǒng)中的高壓電纜實現(xiàn)全線路的實時動態(tài)溫度監(jiān)測,在采用標準的電纜實時熱模型下還可以得到電纜的動態(tài)載流量的情況。隨著技術(shù)和設(shè)備成本的不斷降低,該技術(shù)在電纜狀態(tài)在線監(jiān)測、電纜接頭火災(zāi)監(jiān)測,架空電纜應(yīng)力監(jiān)測、探測和識別電力電纜的熱點、電纜的載流量動態(tài)計算、電纜發(fā)生斷線故障時斷點位置的測量等方面都具有廣泛的應(yīng)用前景[4]。

三、靜電傳感器的應(yīng)用

采用靜電傳感器對氣力輸送管道中煤粉顆粒的質(zhì)量流量進行在線測量是一種極具前景的測量方法，具有很高的研究與應(yīng)用價值[5]。其測量原理是利用氣力輸送過程中煤粉顆粒產(chǎn)生靜電電荷的機理，通過信號采集系統(tǒng)對靜電信號進行轉(zhuǎn)換和處理[6]。因此，靜電產(chǎn)生原理靜電傳感器測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)，靜電傳感技術(shù)的本質(zhì)就是靜電電荷測量技術(shù)。

靜電法進行煤粉質(zhì)量流量測量是國際多相流測量領(lǐng)域的一項新技術(shù)。其主要的測量機理是因為在氣力輸送過程中，處于快速流動或抖動、振動等運動狀態(tài)下的粉體與管壁、氣流之間的摩擦、碰撞、分離，以及粉體自身顆粒之間的相互摩擦、碰撞、分離、固體斷裂等，使粉體帶上了相當數(shù)量的靜電[7]。這些靜電電荷可以通過采用合適的電極結(jié)合相應(yīng)的信號處理電路而測量出來。采用靜電傳感器，對處于氣力輸送管道中各個位置的固體顆粒具有較高的敏感度，適合于在稀相及濃相等各種條件下進行測試。同時，由于固體顆粒的靜電粘合特性會使傳感區(qū)域產(chǎn)生顆粒沉積，這將導(dǎo)致在速度及濃度測試中產(chǎn)生較大誤差。從這個角度來說，靜電傳感器只對管道中運動的顆粒產(chǎn)生反應(yīng)，測得的濃度值在很大程度上不受顆粒沉積的影響[8]。因此，采用靜電傳感方法可以有效地避免這種誤差的產(chǎn)生。靜電傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計新穎，易于安裝在大口徑的氣力輸送管道中，因此靜電傳感器具有廣泛的研究與應(yīng)用的前景。

四、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點可以部署于條件苛刻的環(huán)境中，如高空高壓電網(wǎng)或發(fā)電機房等。節(jié)點能夠長期高效采集有效數(shù)據(jù)，從而免去人工檢查的繁瑣工程和維護次數(shù)，并且減少有線監(jiān)控的高額成本。因此，在電力行業(yè)中能夠得到有效的應(yīng)用。

國家電力建設(shè)研究所目前已將克爾斯博公司的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品用于監(jiān)測大跨據(jù)輸電線路的應(yīng)力、溫度和震動等參數(shù)。每個傳感器節(jié)點部署在高壓輸電線上，而網(wǎng)關(guān)固定在高壓輸電塔上。此項目克服了超高壓大電流環(huán)境中在線監(jiān)測裝置的電磁屏蔽、工頻干擾、電暈干擾、在線監(jiān)測裝置的長期供電等技術(shù)難題；解決了導(dǎo)地線微風(fēng)振動傳感技術(shù)、無線數(shù)據(jù)傳輸、多參數(shù)信息監(jiān)測與集成等關(guān)鍵技術(shù)問題[9]。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)良特性將為電力系統(tǒng)提供更加廣泛和完善的解決方案?？藸査共╈`活、開放、可配置的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺將能夠滿足電力行業(yè)開發(fā)與應(yīng)用的特殊需求，使及時、準確、低成本的電力系統(tǒng)監(jiān)測控制成為可能。

五、料位傳感器及其在火電廠中的應(yīng)用

料位測量是物位測量中的一個分支。物位是指貯存容器或工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備里的液體、粉粒狀固體、氣體之間的分界面位置，根據(jù)具體用途分為液位、料位和界位傳感器。

目前，我國主要是以原煤為發(fā)電燃料，大多數(shù)電廠鍋爐都采用煤粉向鍋爐供料。對于直吹式供料的鍋爐，煤倉料位高低關(guān)系到鍋爐乃至發(fā)電系統(tǒng)能否正常運行。煤倉料位過滿溢出，造成冒煤事故；煤倉料位過低或排空會造成燃燒不穩(wěn)甚至滅火停機的大事故[10]。對于中貯式供料的鍋爐，既有煤倉，又有粉倉，煤倉粉位的控制尤為重要。煤粉倉是燃料的中轉(zhuǎn)站，煤粉是用空氣傳輸?shù)模邿岬臍怏w使煤粉進入煤倉中就有了一定的“基溫”，一般在70°C左右，其作用是使煤粉有一定的離散性?？墒牵@個溫度使煤粉中的水分快速蒸發(fā)并被吸潮管排出倉外，煤粉將越來越干燥，這種煤粉是極易集熱，集熱的最終結(jié)果是燃燒。燃燒加劇周圍乃至倉內(nèi)的集熱，周而復(fù)始，惡性循環(huán)，這樣如不能及時的有效控制，其結(jié)局將是白白燒掉大量煤粉。據(jù)有關(guān)資料報道，自燃煤粉約占發(fā)電總用煤量的0.5%左右。另外，煤倉煤粉爆炸的損失更大，多年來，煤倉煤粉爆炸事故常有發(fā)生，給火電廠造成巨大損失[11]。目前，最經(jīng)濟、最適用的方法是通過可靠的料位傳感器對煤倉的煤位和粉位進行監(jiān)控，使其始終處于最佳中轉(zhuǎn)適控狀態(tài)，這是火力發(fā)電機組安全運行的首要保證。

眾所周知，科技進步是社會發(fā)展的強大推動力?？萍歼M步的重要作用在于不斷用機器（儀器）來代替和擴展人的體力勞動和腦力勞動，以大大提高社會生產(chǎn)力。在電廠中，儀表代替手工分析，不僅僅是為了節(jié)省人力、減輕勞動強度、改善勞動條件，它的準確、靈敏、及時、連續(xù)等方面也是手工分析無法比擬的，這對現(xiàn)代火力發(fā)電廠或是核電站都是十分重要的。