傳感器在電力設(shè)備檢測(cè)中的應(yīng)用

傳感器在電力設(shè)備檢測(cè)中的應(yīng)用電力設(shè)備在運(yùn)行中經(jīng)常受電的、熱的、機(jī)械的負(fù)荷作用，以及自然環(huán)境（氣溫、氣壓、濕度以及污穢等）的影響，長(zhǎng)期工作會(huì)引起老化、疲勞、磨損，以致性能逐漸下降，可靠性逐漸降低。為保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)的重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行的監(jiān)視與檢測(cè)。監(jiān)測(cè)的目的在于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的各種劣化過(guò)程的發(fā)展，以求在可能出現(xiàn)故障或性能下降到影響正常工作之前，及時(shí)維修、更換，避免發(fā)生危及安全的事故。電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的傳統(tǒng)方法是經(jīng)常性的人工巡視與定期預(yù)防性檢修、試驗(yàn)。設(shè)備在運(yùn)行中由值班人員經(jīng)常巡視，憑外觀現(xiàn)象、指示儀表等進(jìn)行判斷，發(fā)現(xiàn)可能的異常，避免事故發(fā)生。傳統(tǒng)方法效率低，成本高，且可能會(huì)給工作人員帶來(lái)一定危險(xiǎn)。隨著傳感技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法向著自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展，設(shè)備的定期檢修制度向著預(yù)警式檢修制度發(fā)展。電力設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)涉及面廣，大量的非電參量（熱學(xué)、力學(xué)、化學(xué)參量等）需要各種相應(yīng)的傳感器，傳感技術(shù)的發(fā)展為此提供了可能。裝備各種傳感器的具有狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能的新型電力設(shè)備是構(gòu)成自動(dòng)化的電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的第一步，也是很重要的一步。本文以溫度傳感器為例，對(duì)傳感器在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用做一簡(jiǎn)單介紹。一、 檢測(cè)對(duì)象電力系統(tǒng)中大量設(shè)備需要檢測(cè)溫度信息，從而確定電力設(shè)備的運(yùn)行情況，以便運(yùn)行調(diào)度人員及時(shí)采取措施，消除異常，避免設(shè)備的損壞和事故的發(fā)生。電力設(shè)備過(guò)熱的主要原因是過(guò)電流，單僅僅監(jiān)視電流不能準(zhǔn)確反映設(shè)備是否超溫，因?yàn)闇囟仁歉鞣N因素影響的綜合反映。主要檢測(cè)的對(duì)象有：電力設(shè)備導(dǎo)電連接處、插接處，干式變壓器的繞組，電力變壓器油溫，箱式變電站的出線端、低壓開關(guān)和高壓開關(guān)進(jìn)出線端等等。二、基本結(jié)構(gòu)及工作原理溫度傳感器品種繁多。按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。（1）熱電偶：將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。溫度傳感器熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。為了保證溫度傳感器熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下： 組成溫度傳感器熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固；兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路；補(bǔ)償導(dǎo)線與溫度傳感器熱電偶自由端的連接要方便可靠；保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。（2）熱電阻：熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。溫度傳感器熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造溫度傳感器熱電阻。如Omega公司的PT100溫度傳感器，就包含一個(gè)100歐姆的鉑金電阻溫度探頭。熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)一般由溫度傳感器熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點(diǎn)：溫度傳感器熱電阻和顯示儀表的分度號(hào)必須一致；為了消除連接導(dǎo)線電阻變化的影響，必須采用三線制接法。三、輸入輸出特性鉑電阻與溫度之間的關(guān)系，在0630.74 范圍內(nèi)可用下式表示 在2000的溫度范圍內(nèi)為半導(dǎo)體熱敏電阻具有負(fù)電阻溫度系數(shù)，其電阻值隨溫度升高而減小，電阻與溫度的關(guān)系可以用下面的經(jīng)驗(yàn)公式表示：四、優(yōu)缺點(diǎn) 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)量精度高。因溫度傳感器熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。測(cè)量范圍廣。常用的溫度傳感器熱電偶從-50+1600均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊溫度傳感器熱電偶最低可測(cè)到-269(如金鐵鎳鉻)，最高可達(dá)+2800(如鎢-錸)。構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。溫度傳感器熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。早期通過(guò)示溫蠟片、數(shù)字溫度傳感器、紅外溫度儀等獲取電力設(shè)備溫度信息。但是示溫蠟片與紅外測(cè)溫儀需要人工巡查，不能滿足現(xiàn)代數(shù)字化電力系統(tǒng)的要求。數(shù)字溫度傳感器大多基于電量傳送，受電磁場(chǎng)影響較大，只能測(cè)量關(guān)鍵點(diǎn)，有一定的局限性。光纖溫度傳感器則克服了以上缺點(diǎn)與不足，具有通信迅速、報(bào)警設(shè)置靈活、適應(yīng)惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。五、實(shí)際應(yīng)用（1）電廠某些關(guān)鍵設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)。例如，利用光纖光柵實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)內(nèi)濕蒸汽的濕度與溫度測(cè)量，同步調(diào)相機(jī)轉(zhuǎn)子溫度的測(cè)量，水電站水壩溫度監(jiān)測(cè)，目前已有很多現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的實(shí)例，如分布式光纖測(cè)系統(tǒng)存長(zhǎng)調(diào)水電站 、云南大理小灣拱壩等的應(yīng)用。（2）電纜隧道火災(zāi)監(jiān)控。發(fā)電廠和變電站內(nèi)火量的高壓電氣設(shè)備都是通過(guò)電纜連接的，這些電纜都敷設(shè)在廠房或變電站下的電纜隧道。由于電纜隧道環(huán)境比較惡劣，且電纜數(shù)量較多，容易由于根電纜的絕緣損壞、局部放電而引起大面積的火災(zāi)事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。光纖測(cè)溫系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)光纖沿線溫度，測(cè)溫準(zhǔn)確，分辨率較高，并且可以存儲(chǔ)歷史溫度數(shù)據(jù)用于作進(jìn)一步分析，可實(shí)現(xiàn)多條件報(bào)警設(shè)置。日前已有不少成功應(yīng)用的案例，如韶關(guān)電廠、濟(jì)南鋼鐵等。（3）高壓電力電纜負(fù)荷安全監(jiān)測(cè)。溫度作為高壓電力電纜的一個(gè)重要的運(yùn)行參數(shù)越來(lái)越受到人們的重視。光纖測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)得電纜表皮溫度后，結(jié)合實(shí)時(shí)電流計(jì)算出電纜線芯溫度， 可進(jìn)一步推算出動(dòng)態(tài)載流量并模擬各種運(yùn)行狀態(tài)。電纜溫度監(jiān)測(cè)可以在電纜全長(zhǎng)度范同內(nèi)發(fā)現(xiàn)過(guò)熱點(diǎn)和異常行為點(diǎn)，包括快速升溫點(diǎn)和慢性升溫點(diǎn)等，能