電力系統(tǒng)中應(yīng)用的傳感技術(shù)PPT課件

.,1,先進傳感技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用,錢政北京航空航天大學儀器光電學院測控系,.,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,.,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)系國計民生，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)展趨勢電壓等級越來越高電網(wǎng)規(guī)模越來越大帶來的問題電力設(shè)備安全性問題故障的影響越來越大解決方法快速準確的信息獲取及后續(xù)控制策略的及時執(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100億美元的經(jīng)濟損失，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，經(jīng)濟損失在1520億美元之間。,.,7,中國電力工業(yè)在世界上的地位,電力系統(tǒng)概況,我國電力工業(yè)發(fā)展和存在問題與國外是一致的。,.,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能、太陽能、地熱等新能源發(fā)電火電是最主要的發(fā)電形式，占全國總發(fā)電量的82.6%，因此以火電為例，說明傳感器技術(shù)在發(fā)電過程中的重要作用。,.,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,鍋爐污水流量測量問題提出：鍋爐產(chǎn)生蒸汽雜質(zhì)含量不能超標，否則會影響機、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量。解決工具：流量傳感器突破環(huán)節(jié)：非標準異形孔板節(jié)流技術(shù)兩相流流量測量算法的研究智能化在線檢測儀器的研制,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不穩(wěn)問題算法：采集差壓信號、來流壓力和汽包壓力三個信號進行計算處理精度達到2.5%，填補了國內(nèi)外空白,.,12,汽輪機渦輪葉片運轉(zhuǎn)狀況監(jiān)測問題提出：汽輪機的渦輪葉片和發(fā)電機相連，高峰時間內(nèi)需要很高的壓力來維持運轉(zhuǎn)，有可能造成疲勞損壞，但過多的限制渦輪運轉(zhuǎn)又會造成效率的降低。解決工具：動態(tài)壓力傳感器突破環(huán)節(jié)：動態(tài)壓力傳感器的微型化、集成化設(shè)計控制算法的設(shè)計實現(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將被轉(zhuǎn)換成頻率信號，和研制的轉(zhuǎn)換矩陣對比，給出控制信號控制渦輪運轉(zhuǎn)。,.,14,母線電流、電壓測量油中溶解氣體的測量分布式溫度參數(shù)測量局部放電的在線檢測需要考慮的問題：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、電壓測量的意義計量：市場化是必然趨勢電力系統(tǒng)眼睛繼電保護：保障安全供電的前提電力系統(tǒng)守護神前述國外大停電事故的關(guān)鍵原因：電流、電壓測量的不夠及時準確后續(xù)繼電保護設(shè)備的不正確動作解決問題的關(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態(tài)范圍小絕緣復雜體積大、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量信號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量信號的傳輸和放大，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,電流互感器實物圖,問題：溫度變化引起Verdet常數(shù)變化導致測量誤差；雙折射效應(yīng)影響測量精度；光學部件性能難以保證長期運行的穩(wěn)定性；LED發(fā)光波長隨溫度變化，進而導致Verdet常數(shù)變化。結(jié)論：光學材料的性能難以滿足長期運行穩(wěn)定性的要求，因此近年的研究集中到了傳統(tǒng)技術(shù)+光纖傳輸信號型。,.,23,傳統(tǒng)技術(shù)+光纖傳輸信號型,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,輸出信號是正比于母線電流的電壓信號，必須處理后通過光纖傳輸下來，因此又叫有源型。,.,24,優(yōu)點：長期運行的穩(wěn)定性較好。問題：1.傳感頭部分電子電路的供能問題；2.Rogowski線圈的幾何特性研究不夠深入；3.溫度變化導致線圈截面積變化，從而影響測量結(jié)果；4.電子線路的設(shè)計要滿足高精度、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)是指光學介質(zhì)在外加電場的作用下，其折射率線性地隨外加電場變化。,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/4波片引入/2相差。輸出光強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，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。問題：溫度的影響；高壓側(cè)電路的供能問題；缺乏現(xiàn)場長期運行的經(jīng)驗；邊緣效應(yīng)、不同軸度等影響測量的誤差因素需更深入分析。,.,27,幾個關(guān)鍵問題的討論供能方法的問題長期運行的穩(wěn)定性問題組合式互感器的研制問題電子式互感器的校驗問題與現(xiàn)有繼電保護設(shè)備的接口問題,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）油中溶解氣體測量的重要性能夠較敏感地反映設(shè)備絕緣缺陷3）檢測方法離線式、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,離線檢測方法色譜分析的方法當油樣中的溶解氣體被載氣帶入色譜柱中運行時，組份就在其中的兩相間進行反復多次分配，由于固定相對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行速度就不同，經(jīng)過一定時間的流動后，便彼此分離，按順序離開色譜柱進入檢測器，產(chǎn)生的訊號經(jīng)放大后，在記錄器上描繪出各組份的色譜峰。問題：分離時間長，離線檢測，不利于故障的及時檢測,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,30,在線檢測的重要性及時反映故障的發(fā)展過程能夠合理分配檢測周期，避免過度檢測或過欠檢測關(guān)鍵技術(shù)氣體傳感器的研制技術(shù)難點多組分含量的檢測，某些成分是微量時的檢測現(xiàn)場強電磁干擾下的準確測量和重復性問題,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檢測氣體種類：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,半導體氣敏傳感器金屬氧化物半導體氣敏傳感器：利用待測氣體與半導體表面接觸時，電導率的變化來檢測被測氣體含量，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,問題：交叉敏感；解決方法：智能化傳感技術(shù),.,33,陣列式檢測系統(tǒng)解決問題的關(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,測量結(jié)果1）能夠?qū)崿F(xiàn)對六種單一氣體的測量2）特別是對乙炔氣體的分析結(jié)果能夠滿足現(xiàn)場應(yīng)用需求3）對混合氣體的測量還有待深入研究,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，外加兩個電阻，組成橋式檢測回路。當與可燃氣體接觸時，一根鉑絲發(fā)生無煙型燃燒反應(yīng)，另一根鉑絲不發(fā)生燃燒，從而使電橋失去平衡，輸出一個電信號，其大小與可燃氣體的體積分數(shù)有關(guān)。此法測到的是可燃氣體的總量，且由于元件對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電極組成，由于電化學反應(yīng)，氫氣在一個電極上被氧化，氧氣在另一個電極上形成，電極提供電子轉(zhuǎn)移的通道。電化學反應(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量，檢測精度較高，但造價也高，且由于氣體中會含有較多的CO和少量的C2H4以及C2H2等，因而測到的是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：待測氣體池置于邁克爾遜干涉回路中，動鏡移動時探測器上得到強度不斷變化的干涉波，對其進行傅立葉變換，可得到各頻率對應(yīng)的光強。通過計算（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,方法存在的問題：對低濃度氣體定量分析困難吸光度和濃度間的非線性問題背景光譜的干擾問題解決方法實測吸光度和濃度間的關(guān)系，建立函數(shù)關(guān)系來修正測量結(jié)果采用小波變換等技術(shù)對背景干擾的影響進行分析以消除其對測量結(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氣體池檢測的是0.3ppm濃度乙炔含量的譜線10cm氣體池檢測的是3ppm濃度的譜線,.,40,分布式溫度參數(shù)的測量應(yīng)用背景：變壓器繞組熱點溫度的檢測線路絕緣子表面溫度的檢測電力電纜溫度的分布式檢測意義：及時反映絕緣狀況，及早維修更換現(xiàn)狀：非接觸式的測量，點測量,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,.,41,以變壓器繞組熱點測量為例現(xiàn)有方法：非接觸式測量、間接法工作原理：基于國際電工委員會的IEC354導則，通過檢測負荷電流以及頂層或低層油溫，利用導則中給出的簡化模型即可計算出熱點溫度。問題：模型的可靠性及合理性影響測量結(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,改進方法智能化傳感技術(shù)，結(jié)合其他多參數(shù)檢測結(jié)果綜合判斷繞組熱點狀態(tài)。,電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,問題：依然是通過計算獲取熱點狀態(tài)，難以達到直接測量溫度的可信性,.,43,分布式繞組熱點溫度檢測技術(shù),電力系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀輸配電,兩路通道分別檢測拉曼和瑞利背向散射光，通過計算機可算出多點的溫度和位置,.,44,技術(shù)指標2km長的光纖上可采集1000個點的溫度信息測溫范圍：-50C150C精度：2C光纖外覆以金屬涂層可測到600C應(yīng)用到電力變壓器中存在的問題？為什么分布式？直接測量的優(yōu)缺點？,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,測量結(jié)果,能夠?qū)崿F(xiàn)快速準確的測量，不受電磁干擾影響；最大誤差：1m,.,46,局部放電的測量應(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：對設(shè)備放電性缺陷反映最為靈敏難點：在線環(huán)境下局部放電量的測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)場環(huán)境下變壓器局部放電點的定位為例,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