電力系統(tǒng)中應(yīng)用的傳感技術(shù)PPT課件

.,1,先進(jìn)傳感技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用,錢政北京航空航天大學(xué)儀器光電學(xué)院測(cè)控系,.,2,電力系統(tǒng)概況電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),.,3,電力系統(tǒng)概況,電力系統(tǒng)的組成和地位,三大部分：發(fā)電、輸配電、用戶關(guān)系國(guó)計(jì)民生，是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的支柱,.,4,現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)電壓等級(jí)越來(lái)越高電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大帶來(lái)的問(wèn)題電力設(shè)備安全性問(wèn)題故障的影響越來(lái)越大解決方法快速準(zhǔn)確的信息獲取及后續(xù)控制策略的及時(shí)執(zhí)行關(guān)鍵技術(shù)：傳感器,電力系統(tǒng)概況,.,5,美加大停電事故,電力系統(tǒng)概況,事故損失：美國(guó)100億美元的經(jīng)濟(jì)損失，加拿大安大略省的產(chǎn)值下降了23億加元。,.,6,莫斯科大停電事故,電力系統(tǒng)概況,事故損失：影響人口150200萬(wàn)，經(jīng)濟(jì)損失在1520億美元之間。,.,7,中國(guó)電力工業(yè)在世界上的地位,電力系統(tǒng)概況,我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展和存在問(wèn)題與國(guó)外是一致的。,.,8,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀發(fā)電,發(fā)電廠部分煤炭、石油、天然氣火電水能水電核能核電風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)岬刃履茉窗l(fā)電火電是最主要的發(fā)電形式，占全國(guó)總發(fā)電量的82.6%，因此以火電為例，說(shuō)明傳感器技術(shù)在發(fā)電過(guò)程中的重要作用。,.,9,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀發(fā)電,火力發(fā)電廠的基本結(jié)構(gòu),.,10,鍋爐污水流量測(cè)量問(wèn)題提出：鍋爐產(chǎn)生蒸汽雜質(zhì)含量不能超標(biāo)，否則會(huì)影響機(jī)、爐設(shè)備的安全，因此必須定期定量排放鍋爐污水，但因其為汽液兩相流而難以測(cè)量。解決工具：流量傳感器突破環(huán)節(jié)：非標(biāo)準(zhǔn)異形孔板節(jié)流技術(shù)兩相流流量測(cè)量算法的研究智能化在線檢測(cè)儀器的研制,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀發(fā)電,.,11,鍋爐污水流量測(cè)量系統(tǒng),電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀發(fā)電,異形孔板：解決了兩相流差壓信號(hào)不穩(wěn)問(wèn)題算法：采集差壓信號(hào)、來(lái)流壓力和汽包壓力三個(gè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理精度達(dá)到2.5%，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外空白,.,12,汽輪機(jī)渦輪葉片運(yùn)轉(zhuǎn)狀況監(jiān)測(cè)問(wèn)題提出：汽輪機(jī)的渦輪葉片和發(fā)電機(jī)相連，高峰時(shí)間內(nèi)需要很高的壓力來(lái)維持運(yùn)轉(zhuǎn)，有可能造成疲勞損壞，但過(guò)多的限制渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)又會(huì)造成效率的降低。解決工具：動(dòng)態(tài)壓力傳感器突破環(huán)節(jié)：動(dòng)態(tài)壓力傳感器的微型化、集成化設(shè)計(jì)控制算法的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀發(fā)電,.,13,汽輪機(jī)渦輪葉片安全控制系統(tǒng),電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀發(fā)電,壓力傳感器的輸出信號(hào)將被轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，和研制的轉(zhuǎn)換矩陣對(duì)比，給出控制信號(hào)控制渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)。,.,14,母線電流、電壓測(cè)量油中溶解氣體的測(cè)量分布式溫度參數(shù)測(cè)量局部放電的在線檢測(cè)需要考慮的問(wèn)題：選取上述參數(shù)介紹的原因？,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,15,電力系統(tǒng)中電流、電壓測(cè)量的意義計(jì)量：市場(chǎng)化是必然趨勢(shì)電力系統(tǒng)眼睛繼電保護(hù)：保障安全供電的前提電力系統(tǒng)守護(hù)神前述國(guó)外大停電事故的關(guān)鍵原因：電流、電壓測(cè)量的不夠及時(shí)準(zhǔn)確后續(xù)繼電保護(hù)設(shè)備的不正確動(dòng)作解決問(wèn)題的關(guān)鍵：電流、電壓傳感技術(shù),電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,16,傳統(tǒng)電磁式電流、電壓測(cè)量方法的原理與不足電壓與電流互感器的主要不同：匝數(shù)不同二次側(cè)的等效阻抗不同,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,17,存在的不足磁飽和動(dòng)態(tài)范圍小絕緣復(fù)雜體積大、重量重鐵磁諧振易燃、易爆與電力系統(tǒng)的數(shù)字化發(fā)展方向相違背,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,18,問(wèn)題的解決新型傳感技術(shù)的應(yīng)用（電子式電流、電壓互感器）電子式電壓互感器是指采用電阻分壓器、電容分壓器及光學(xué)裝置，利用光纖作為一次轉(zhuǎn)換器和二次轉(zhuǎn)換器之間的傳輸系統(tǒng)，并裝有電子器件作測(cè)量信號(hào)的傳輸和放大的裝置；而電子式電流互感器則是采用傳統(tǒng)電流互感器、霍爾傳感器、Rogowski線圈或光學(xué)裝置作為一次轉(zhuǎn)換部分，利用光纖作為一次轉(zhuǎn)換器和二次轉(zhuǎn)換器之間的傳輸系統(tǒng)，并裝有電子器件作測(cè)量信號(hào)的傳輸和放大，具有模擬量電壓輸出或數(shù)字量輸出的設(shè)備。,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,19,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,電子式電壓互感器的分類,關(guān)鍵問(wèn)題：傳感技術(shù)的應(yīng)用研究,.,20,電子式電流互感器的分類,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,關(guān)鍵問(wèn)題：傳感技術(shù)的應(yīng)用研究,.,21,基于Faraday效應(yīng)的電子式電流互感器,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,原理圖,結(jié)構(gòu)圖,.,22,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,電流互感器實(shí)物圖,問(wèn)題：溫度變化引起Verdet常數(shù)變化導(dǎo)致測(cè)量誤差；雙折射效應(yīng)影響測(cè)量精度；光學(xué)部件性能難以保證長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性；LED發(fā)光波長(zhǎng)隨溫度變化，進(jìn)而導(dǎo)致Verdet常數(shù)變化。結(jié)論：光學(xué)材料的性能難以滿足長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性的要求，因此近年的研究集中到了傳統(tǒng)技術(shù)+光纖傳輸信號(hào)型。,.,23,傳統(tǒng)技術(shù)+光纖傳輸信號(hào)型,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,輸出信號(hào)是正比于母線電流的電壓信號(hào)，必須處理后通過(guò)光纖傳輸下來(lái)，因此又叫有源型。,.,24,優(yōu)點(diǎn)：長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性較好。問(wèn)題：1.傳感頭部分電子電路的供能問(wèn)題；2.Rogowski線圈的幾何特性研究不夠深入；3.溫度變化導(dǎo)致線圈截面積變化，從而影響測(cè)量結(jié)果；4.電子線路的設(shè)計(jì)要滿足高精度、高可靠性的要求。,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,25,基于Pockels效應(yīng)的電子式電壓互感器Pockels效應(yīng)是指光學(xué)介質(zhì)在外加電場(chǎng)的作用下，其折射率線性地隨外加電場(chǎng)變化。,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,LED發(fā)出的光束聚焦后由起偏器輸出線偏振光，在外加電壓的作用下，線偏振光的兩個(gè)相互垂直的偏振分量產(chǎn)生相位差，線偏振光變?yōu)闄E圓偏振光，經(jīng)過(guò)/4波片引入/2相差。輸出光強(qiáng)與外加電壓間有確定函數(shù)關(guān)系，從而求得電壓大小。,.,26,傳統(tǒng)技術(shù)+光纖傳輸型,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,電阻上輸出與母線電壓成正比的電壓信號(hào)，經(jīng)高壓側(cè)電路處理后經(jīng)光纖傳送到低壓側(cè)，也是有源型。問(wèn)題：溫度的影響；高壓側(cè)電路的供能問(wèn)題；缺乏現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)；邊緣效應(yīng)、不同軸度等影響測(cè)量的誤差因素需更深入分析。,.,27,幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題的討論供能方法的問(wèn)題長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性問(wèn)題組合式互感器的研制問(wèn)題電子式互感器的校驗(yàn)問(wèn)題與現(xiàn)有繼電保護(hù)設(shè)備的接口問(wèn)題,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,28,油中溶解氣體含量的檢測(cè)1）充油電力設(shè)備的廣泛應(yīng)用：電力變壓器電力互感器充油電力開關(guān)等2）油中溶解氣體測(cè)量的重要性能夠較敏感地反映設(shè)備絕緣缺陷3）檢測(cè)方法離線式、在線式,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,29,離線檢測(cè)方法色譜分析的方法當(dāng)油樣中的溶解氣體被載氣帶入色譜柱中運(yùn)行時(shí)，組份就在其中的兩相間進(jìn)行反復(fù)多次分配，由于固定相對(duì)各組份的吸附或溶解能力不同，雖然載氣流速相同，各組份在色譜柱中的運(yùn)行速度就不同，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的流動(dòng)后，便彼此分離，按順序離開色譜柱進(jìn)入檢測(cè)器，產(chǎn)生的訊號(hào)經(jīng)放大后，在記錄器上描繪出各組份的色譜峰。問(wèn)題：分離時(shí)間長(zhǎng)，離線檢測(cè)，不利于故障的及時(shí)檢測(cè),電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,30,在線檢測(cè)的重要性及時(shí)反映故障的發(fā)展過(guò)程能夠合理分配檢測(cè)周期，避免過(guò)度檢測(cè)或過(guò)欠檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)氣體傳感器的研制技術(shù)難點(diǎn)多組分含量的檢測(cè)，某些成分是微量時(shí)的檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾下的準(zhǔn)確測(cè)量和重復(fù)性問(wèn)題,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,31,油中溶解氣體的在線檢測(cè)檢測(cè)氣體種類：氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳等常用傳感器：半導(dǎo)體氣敏傳感器催化燃燒型傳感器燃料電池型傳感器光敏氣體傳感器,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,32,半導(dǎo)體氣敏傳感器金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器：利用待測(cè)氣體與半導(dǎo)體表面接觸時(shí)，電導(dǎo)率的變化來(lái)檢測(cè)被測(cè)氣體含量，通常由SnO2構(gòu)成。,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,問(wèn)題：交叉敏感；解決方法：智能化傳感技術(shù),.,33,陣列式檢測(cè)系統(tǒng)解決問(wèn)題的關(guān)鍵：1）不同選擇性的傳感器構(gòu)建傳感器陣列2）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,34,測(cè)量結(jié)果1）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)六種單一氣體的測(cè)量2）特別是對(duì)乙炔氣體的分析結(jié)果能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求3）對(duì)混合氣體的測(cè)量還有待深入研究,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,35,催化燃燒型傳感器的應(yīng)用在一根鉑絲上涂上燃燒型催化劑，在另一根鉑絲上涂上隋性氣體，兩根鉑絲阻值相等，外加兩個(gè)電阻，組成橋式檢測(cè)回路。當(dāng)與可燃?xì)怏w接觸時(shí)，一根鉑絲發(fā)生無(wú)煙型燃燒反應(yīng)，另一根鉑絲不發(fā)生燃燒，從而使電橋失去平衡，輸出一個(gè)電信號(hào)，其大小與可燃?xì)怏w的體積分?jǐn)?shù)有關(guān)。此法測(cè)到的是可燃?xì)怏w的總量，且由于元件對(duì)氣體中不同組分的靈敏度不同，各組分燃燒的徹底程度也不同，測(cè)試結(jié)果是各種因素的綜合效應(yīng)。,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,36,燃料電池型傳感器的應(yīng)用傳感器由電解液中的兩個(gè)電極組成，由于電化學(xué)反應(yīng)，氫氣在一個(gè)電極上被氧化，氧氣在另一個(gè)電極上形成，電極提供電子轉(zhuǎn)移的通道。電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電流正比于氫氣的濃度。燃料電池型傳感器主要用于氫氣單一組分的測(cè)量，檢測(cè)精度較高，但造價(jià)也高，且由于氣體中會(huì)含有較多的CO和少量的C2H4以及C2H2等，因而測(cè)到的是H2、CO、C2H4、C2H2的總和。,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,37,光敏氣體傳感器傅立葉紅外光譜儀的應(yīng)用工作原理：待測(cè)氣體池置于邁克爾遜干涉回路中，動(dòng)鏡移動(dòng)時(shí)探測(cè)器上得到強(qiáng)度不斷變化的干涉波，對(duì)其進(jìn)行傅立葉變換，可得到各頻率對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)。通過(guò)計(jì)算（主要是除去背景光譜的影響）可以得到樣品吸收光譜，根據(jù)吸收光譜即可得到氣體組分和含量。,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,38,方法存在的問(wèn)題：對(duì)低濃度氣體定量分析困難吸光度和濃度間的非線性問(wèn)題背景光譜的干擾問(wèn)題解決方法實(shí)測(cè)吸光度和濃度間的關(guān)系，建立函數(shù)關(guān)系來(lái)修正測(cè)量結(jié)果采用小波變換等技術(shù)對(duì)背景干擾的影響進(jìn)行分析以消除其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,39,以測(cè)量乙炔濃度為例,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,2.4m氣體池,10cm氣體池,2.4m氣體池檢測(cè)的是0.3ppm濃度乙炔含量的譜線10cm氣體池檢測(cè)的是3ppm濃度的譜線,.,40,分布式溫度參數(shù)的測(cè)量應(yīng)用背景：變壓器繞組熱點(diǎn)溫度的檢測(cè)線路絕緣子表面溫度的檢測(cè)電力電纜溫度的分布式檢測(cè)意義：及時(shí)反映絕緣狀況，及早維修更換現(xiàn)狀：非接觸式的測(cè)量，點(diǎn)測(cè)量,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,41,以變壓器繞組熱點(diǎn)測(cè)量為例現(xiàn)有方法：非接觸式測(cè)量、間接法工作原理：基于國(guó)際電工委員會(huì)的IEC354導(dǎo)則，通過(guò)檢測(cè)負(fù)荷電流以及頂層或低層油溫，利用導(dǎo)則中給出的簡(jiǎn)化模型即可計(jì)算出熱點(diǎn)溫度。問(wèn)題：模型的可靠性及合理性影響測(cè)量結(jié)果,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,42,改進(jìn)方法智能化傳感技術(shù)，結(jié)合其他多參數(shù)檢測(cè)結(jié)果綜合判斷繞組熱點(diǎn)狀態(tài)。,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,問(wèn)題：依然是通過(guò)計(jì)算獲取熱點(diǎn)狀態(tài)，難以達(dá)到直接測(cè)量溫度的可信性,.,43,分布式繞組熱點(diǎn)溫度檢測(cè)技術(shù),電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,兩路通道分別檢測(cè)拉曼和瑞利背向散射光，通過(guò)計(jì)算機(jī)可算出多點(diǎn)的溫度和位置,.,44,技術(shù)指標(biāo)2km長(zhǎng)的光纖上可采集1000個(gè)點(diǎn)的溫度信息測(cè)溫范圍：-50C150C精度：2C光纖外覆以金屬涂層可測(cè)到600C應(yīng)用到電力變壓器中存在的問(wèn)題？為什么分布式？直接測(cè)量的優(yōu)缺點(diǎn)？,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,45,電纜故障中分布式溫度檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,連接結(jié)構(gòu)示意圖,測(cè)量結(jié)果,能夠?qū)崿F(xiàn)快速準(zhǔn)確的測(cè)量，不受電磁干擾影響；最大誤差：1m,.,46,局部放電的測(cè)量應(yīng)用背景：電力變壓器電力互感器氣體絕緣組合電器其他各種高壓設(shè)備意義：對(duì)設(shè)備放電性缺陷反映最為靈敏難點(diǎn)：在線環(huán)境下局部放電量的測(cè)量局部放電位置的確定,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,47,以現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下變壓器局部放電點(diǎn)的定位為例,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,光纖超聲傳感器工作原理,利用光的彈性效應(yīng)（即在聲壓作用下光纖被壓縮，從而在作為光纖材料的石英玻璃內(nèi)折射率發(fā)生變化的現(xiàn)象），由于光纖的折射率發(fā)生變化，在內(nèi)部傳播的光速就發(fā)生變化，所