光電傳感器的應(yīng)用研究

張兵++韓瑋++張文譯

摘 要：基于光電傳感器因?yàn)槠浣^緣性好、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、重量輕等特點(diǎn)，使得光電傳感器在變電站通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。光電傳感器在變電站通信系統(tǒng)的使用使變電站通信系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)發(fā)生了轉(zhuǎn)變，該文通過(guò)對(duì)光電傳感器對(duì)變電站影響進(jìn)行研究，變電站通信系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的變化有助于提高變電站通信系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，進(jìn)一步擴(kuò)展光電傳感器在變電站中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：光電傳感器 通信控制 變電站 通信系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP212.14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）12（a）-0060-02

光電傳感器是利用光電元件制成的傳感器，包括光源、光學(xué)通路和光電元件3個(gè)部分。光電傳感器的工作原理就是通過(guò)測(cè)量頭感應(yīng)光源，測(cè)量頭將感應(yīng)到的光源以光信號(hào)的形式傳遞給光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)再傳遞給光電元件，這個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)光電元件的轉(zhuǎn)化以光參量信號(hào)的形式傳遞給電子測(cè)量電波，最后經(jīng)電子測(cè)量電波轉(zhuǎn)化為可用的信號(hào)。光電傳感器基于光信號(hào)自身的特點(diǎn)具有傳遞快、對(duì)光敏感的特點(diǎn)。

光電傳感器因?yàn)槠浣^緣性好、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、重量輕等特點(diǎn)取代傳統(tǒng)的電磁式互感器在變電站通信控制系統(tǒng)中的地位，廣泛應(yīng)用于變電站通信控制系統(tǒng)中。變電站通信控制系統(tǒng)是構(gòu)成變電站系統(tǒng)的關(guān)鍵，直接影響變電站系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。該文從光電傳感器對(duì)變電站影響和光電傳感器在變電站中的應(yīng)用等兩個(gè)方面出發(fā)，研究光電傳感器對(duì)變電站通信系統(tǒng)的影響[1-5]。

1 光電傳感器對(duì)變電站的影響

從性能上來(lái)說(shuō)，光電傳感器具有以下特點(diǎn)：檢測(cè)距離較長(zhǎng)；與其他傳感器相比檢查相應(yīng)的時(shí)間短；分辨率高；能夠通過(guò)非直接接觸的方式對(duì)物體進(jìn)行檢測(cè)；通過(guò)顏色的不同來(lái)判別物體。基于光電傳感器的這些優(yōu)良特性，使光電傳感器廣泛應(yīng)用于變電站領(lǐng)域，使變電站的通信系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，進(jìn)一步推動(dòng)了變電站的自動(dòng)化水平。

1.1 光電傳感器對(duì)變電站系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)的影響

基于光電傳感器性能優(yōu)點(diǎn)以及體積小、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，使光電傳感器在變電站通信系統(tǒng)中的應(yīng)用具有無(wú)可取代的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的變電站通信系統(tǒng)的通信模式是將模擬的信號(hào)傳輸?shù)阶冸娬就ㄐ畔到y(tǒng)的所有間隔層，這樣使得模擬信號(hào)的傳輸過(guò)程極大地增加了傳感器的負(fù)荷，以及接線復(fù)雜等問(wèn)題，同時(shí)對(duì)設(shè)備的后期維修增加了難題。光電傳感器采用區(qū)別于傳統(tǒng)傳感器模擬信號(hào)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信號(hào)傳輸，極大地減輕了傳感器的負(fù)擔(dān)，同時(shí)數(shù)字信號(hào)具有一點(diǎn)多傳的傳播優(yōu)勢(shì)，完全取代二次電纜，避免了接線復(fù)雜的問(wèn)題，有利于設(shè)備的后期維修，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了真正意義上的信息資源共享。

光電傳感器在變電站通信系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，使得變電站的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了質(zhì)的變化，極大地優(yōu)化了變電站的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為提高變電站的自動(dòng)化水平奠定了基礎(chǔ)。變電站通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由圖可以看出，變電站的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由變電站層、間隔層以及過(guò)程層3個(gè)部分組成。傳統(tǒng)的變電站通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)只有兩層，光電傳感器的應(yīng)用使數(shù)字控制開(kāi)關(guān)、智能開(kāi)關(guān)設(shè)備等配套的電子設(shè)備在變電站通信系統(tǒng)中廣泛存在?；诠怆妭鞲衅鞯狞c(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸或一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的傳輸變電站通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變極大地簡(jiǎn)化了接線復(fù)雜程度，同時(shí)極大地提高了后續(xù)工作的效率。此外，光電傳感器的接口設(shè)計(jì)使變電站通信系統(tǒng)的使用更加方便，能夠促進(jìn)相關(guān)系統(tǒng)中軟硬件的標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到較高的水平，確保變電站通信系統(tǒng)高效平穩(wěn)運(yùn)行。變電站通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變使變電站通信系統(tǒng)更具開(kāi)放性、靈活性，為實(shí)現(xiàn)變電站通信系統(tǒng)的自動(dòng)化提供了可能[2，3]。

1.2 光電傳感器對(duì)變電站通信系統(tǒng)自動(dòng)化的影響

我國(guó)各地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不協(xié)調(diào)，呈現(xiàn)東高西低的態(tài)勢(shì)，使我國(guó)電力的發(fā)展水平也具有較大差異，從而導(dǎo)致變電站通信系統(tǒng)的自動(dòng)化水平處于不平衡的態(tài)勢(shì)。在許多地區(qū)仍存在傳統(tǒng)老式自動(dòng)化系統(tǒng)與先進(jìn)自動(dòng)化系統(tǒng)共存的狀況，使得先進(jìn)自動(dòng)化系統(tǒng)要與傳統(tǒng)老式自動(dòng)化系統(tǒng)的集中化組屏兼容，從而實(shí)現(xiàn)新式與傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)的有機(jī)整合，共同為變電站的通信系統(tǒng)貢獻(xiàn)自己的力量。光電傳感器在這個(gè)有機(jī)整合的過(guò)程中起著數(shù)字信息傳遞和轉(zhuǎn)換模擬量的作用[2，3]。

光電傳感器使用與儀用傳感器單元的配合使用，使兼容傳統(tǒng)互感器，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，過(guò)程總線共享傳感器數(shù)據(jù)，過(guò)程總線和站級(jí)總線統(tǒng)一以及全站共享數(shù)據(jù)成為可能。隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得變電站總站級(jí)與過(guò)程站等的連接成為可能，同時(shí)可以在變電站通信過(guò)程中統(tǒng)一使用標(biāo)準(zhǔn)化的MMS協(xié)議，以保證變電站通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)性能滿(mǎn)足要求。過(guò)程總線和站級(jí)總線統(tǒng)一有利于實(shí)現(xiàn)信息的全站共享，同時(shí)降低了連接方式和維修的難度和復(fù)雜性，加速了變電站通信系統(tǒng)的自動(dòng)化[4，5]。

2 光電傳感器在變電站中的應(yīng)用

變電站的主要傳輸方式是高壓直流輸電，在高壓直流輸電系統(tǒng)的變電站中光電傳感器較多的運(yùn)用于直流場(chǎng)直流電壓、直流電流的采集。李豹等對(duì)高肇直流肇慶換流站進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，高肇直流肇慶換流站內(nèi)共有4個(gè)分別用來(lái)采集雙極直流線路電壓、中性母線電壓的光電電壓互感器，同時(shí)配置有11個(gè)分別用來(lái)采集雙極直流線路電流、高壓母線電流、中性母線電流以及接地極線路電流的光電電流互感器。其中電壓電流信號(hào)經(jīng)過(guò)光電互感器的轉(zhuǎn)換和傳遞進(jìn)入保護(hù)和控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制和保護(hù)。李豹等對(duì)高肇直流肇慶換流站在2005—2011年的故障研究發(fā)現(xiàn)故障主要出現(xiàn)在光電傳感器的光電轉(zhuǎn)換單元故障、測(cè)量系統(tǒng)板卡故障和光纖通道故障，其中光電轉(zhuǎn)換單元故障最多。由此可見(jiàn)，光電傳感器在變電站信息系統(tǒng)中處于核心地位，只有保障光電傳感器的正常運(yùn)行才能減少變電站的故障，從而提高變電站的運(yùn)行效率[1]。

隨著光電傳感器在變電站的廣泛使用，關(guān)于變電站故障的研究也有很多，對(duì)光電傳感器故障的研究表明光電傳感器自身故障是變電站故障的主要形式，因此，只有增強(qiáng)光電傳感器的質(zhì)量和經(jīng)常性的信息維護(hù)才能保證變電站的高速運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

該文通過(guò)對(duì)光電傳感器對(duì)變電站影響、光電傳感器在變電站中的應(yīng)用等兩個(gè)方面的研究發(fā)現(xiàn)：（1）光電傳感器采用先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)傳輸模式取代傳統(tǒng)的模擬信號(hào)模式，極大地改善了變電站通信系統(tǒng)；（2）光電傳感器使變電站的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由兩層轉(zhuǎn)變?yōu)榘冸娬緦印㈤g隔層以及過(guò)程層3個(gè)部分結(jié)構(gòu)，提高了后續(xù)工作的效率，為實(shí)現(xiàn)變電站通信系統(tǒng)的自動(dòng)化提供可能；（3）光電傳感器與現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合是未來(lái)電力系統(tǒng)的主要發(fā)展方向；（4）隨著光電傳感器的廣泛應(yīng)用，光電傳感器的光電轉(zhuǎn)換單元故障、測(cè)量系統(tǒng)板卡故障和光纖通道故障成為變電站的主要故障。

參考文獻(xiàn)

[1] 李豹，張薔，毛海鵬，等.光電互感器及其測(cè)量系統(tǒng)在HVDC

中的應(yīng)用研究[J].高壓電器，2013（5）：101-105.

[2] 耿楠.光電傳感器在變電站通信控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012（12）：62-63.

[3] 呂國(guó)策.傳感器在變電站通信控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].科技傳播，2015，7（18）：70-71.

[4] 韓小濤，尹項(xiàng)根，張哲，等.光電傳感器在變電站通信控制系統(tǒng)中的應(yīng)用探討[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2003， 15（3）：93-96.

[5] 任和.光電傳感器在變電站通信系統(tǒng)應(yīng)用[J].科技傳播， 2012（4）：153-154.