傳感器在電力行業的應用

行業應用——傳感器在電力行業的應用

隨著現代測量、控制和自動化技術的發展，傳感器技術越來越受到人們的重視。在火力發電廠的電力生產過程中應用，保證熱力設備系統的安全經濟運行。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中的應用，體現傳感器的實用價值。

傳感器是將各種非電量（包括物理量、化學量、生物量等）按一定規律轉換成便于處理和傳輸的另一種物理量（一般為電量）的裝置。進入20世紀80年代以來，隨著現代科學技術的飛速發展，特別是大規模集成電路技術的發展和微型計算機的普及，傳感器在技術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，并發出各種控制信號去控制執行機構，從而滿足各種社會需要。

在火力發電廠的電力生產過程中，必須保證熱力設備系統的安全經濟運行，這就要求能準確、及時地分析和監督設備中使用的工質（水、汽等）的主要參數和品質。因此，長期以來，在火力發電廠中形成了一套化學分析和化學監督的方法。隨著電力工業的發展，高溫、高壓、大容量機組越來越多地進入電廠的生產行列。水處理設備、工藝不斷革新，自動化技術也引入到水處理工藝和水處理控制的自動調解中，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，我國儀表工業發展很快，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換為電信號。敏感膜和換能器是化學傳感器的關鍵，器形式決定了離子敏感期的類型。因此，可以根據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、固態膜式、液態膜式離子敏傳感器；按換能器分類有：電極型、場效應管型、光導纖維型、聲表面波型離子敏傳感器[1]。

其中玻璃膜和固態膜類型應用最廣泛，最易于各種換能器結合；而再換能器中，離子選擇電極應用最廣。但目前發現最多最快的是場效應管型離子敏傳感器。這一方面得益于近年來飛鼠發展的硅半導體制造技術，另一方面，由于這種傳感器性能可靠，應用方便，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、光線傳感器的應用

光線是20世紀后半葉的重要發明之一。它與激光器、半導體光電探測器一起構成了新的光學技術，即光電子學新領域。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，在其他領域也發展了許多新的應用，其中之一就是構成光線傳感器。

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、結構簡單、以及與光線傳輸線路相容等獨特優點，受到世界各國廣泛重視[3]。現已證明，光線傳感器可應用于位移、振動、轉動、壓力、彎曲、應變、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用潛力和發展前景。

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

三、靜電傳感器的應用

采用靜電傳感器對氣力輸送管道中煤粉顆粒的質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用價值[5]。其測量原理是利用氣力輸送過程中煤粉顆粒產生靜電電荷的機理，通過信號采集系統對靜電信號進行轉換和處理[6]。因此，靜電產生原理靜電傳感器測量系統的基礎，靜電傳感技術的本質就是靜電電荷測量技術。

靜電法進行煤粉質量流量測量是國際多相流測量領域的一項新技術。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量的靜電[7]。這些靜電電荷可以通過采用合適的電極結合相應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域產生顆粒沉積，這將導致在速度及濃度測試中產生較大誤差。從這個角度來說，靜電傳感器只對管道中運動的顆粒產生反應，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生。靜電傳感器的結構設計新穎，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用的前景。

四、無線傳感器網絡在電力系統的應用

無線傳感器網絡的節點可以部署于條件苛刻的環境中，如高空高壓電網或發電機房等。節點能夠長期高效采集有效數據，從而免去人工檢查的繁瑣工程和維護次數，并且減少有線監控的高額成本。因此，在電力行業中能夠得到有效的應用。

國家電力建設研究所目前已將克爾斯博公司的無線傳感器網絡產品用于監測大跨據輸電線路的應力、溫度和震動等參數。每個傳感器節點部署在高壓輸電線上，而網關固定在高壓輸電塔上。此項目克服了超高壓大電流環境中在線監測裝置的電磁屏蔽、工頻干擾、電暈干擾、在線監測裝置的長期供電等技術難題；解決了導地線微風振動傳感技術、無線數據傳輸、多參數信息監測與集成等關鍵技術問題[9]。

無線傳感器網絡的優良特性將為電力系統提供更加廣泛和完善的解決方案。克爾斯博靈活、開放、可配置的無線傳感器網絡技術平臺將能夠滿足電力行業開發與應用的特殊需求，使及時、準確、低成本的電力系統監測控制成為可能。

五、料位傳感器及其在火電廠中的應用

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生產設備里的液體、粉粒狀固體、氣體之間的分界面位置，根據具體用途分為液位、料位和界位傳感器。

目前，我國主要是以原煤為發電燃料，大多數電廠鍋爐都采用煤粉向鍋爐供料。對于直吹式供料的鍋爐，煤倉料位高低關系到鍋爐乃至發電系統能否正常運行。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站，煤粉是用空氣傳輸的，高熱的氣體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。可是，這個溫度使煤粉中的水分快速蒸發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，集熱的最終結果是燃燒。燃燒加劇周圍乃至倉內的集熱，周而復始，惡性循環，這樣如不能及時的有效控制，其結局將是白白燒掉大量煤粉。據有關資料報道，自燃煤粉約占發電總用煤量的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生，給火電廠造成巨大損失[11]。目前，最經濟、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控，使其始終處于最佳中轉適控狀態，這是火力發電機組安全運行的首要保證。

眾所周知，科技進步是社會發展的強大推動力。科技進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力。在電廠中，儀表代替手工分析，不僅僅是為了節省人力、減輕勞動強度、改善勞動條件，它的準確、靈敏、及時、連續等方面也是手工分析無法比擬的，這對現代火力發電廠或是核電站都是十分重要的。