光电传感器的应用研究

张兵++韩玮++张文译

摘 要：基于光电传感器因为其绝缘性好、抗干扰能力强、体积小、重量轻等特点，使得光电传感器在变电站通信系统中广泛应用。光电传感器在变电站通信系统的使用使变电站通信系统和结构发生了转变，该文通过对光电传感器对变电站影响进行研究，变电站通信系统和结构的变化有助于提高变电站通信系统的自动化水平，进一步扩展光电传感器在变电站中的应用。

关键词：光电传感器 通信控制 变电站 通信系统

中图分类号：TP212.14 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（a）-0060-02

光电传感器是利用光电元件制成的传感器，包括光源、光学通路和光电元件3个部分。光电传感器的工作原理就是通过测量头感应光源，测量头将感应到的光源以光信号的形式传递给光学系统，光学系统再传递给光电元件，这个信号经过光电元件的转化以光参量信号的形式传递给电子测量电波，最后经电子测量电波转化为可用的信号。光电传感器基于光信号自身的特点具有传递快、对光敏感的特点。

光电传感器因为其绝缘性好、抗干扰能力强、体积小、重量轻等特点取代传统的电磁式互感器在变电站通信控制系统中的地位，广泛应用于变电站通信控制系统中。变电站通信控制系统是构成变电站系统的关键，直接影响变电站系统的自动化水平。该文从光电传感器对变电站影响和光电传感器在变电站中的应用等两个方面出发，研究光电传感器对变电站通信系统的影响[1-5]。

1 光电传感器对变电站的影响

从性能上来说，光电传感器具有以下特点：检测距离较长；与其他传感器相比检查相应的时间短；分辨率高；能够通过非直接接触的方式对物体进行检测；通过颜色的不同来判别物体。基于光电传感器的这些优良特性，使光电传感器广泛应用于变电站领域，使变电站的通信系统和结构发生了改变，进一步推动了变电站的自动化水平。

1.1 光电传感器对变电站系统、结构的影响

基于光电传感器性能优点以及体积小、质量轻等特点，使光电传感器在变电站通信系统中的应用具有无可取代的优势。传统的变电站通信系统的通信模式是将模拟的信号传输到变电站通信系统的所有间隔层，这样使得模拟信号的传输过程极大地增加了传感器的负荷，以及接线复杂等问题，同时对设备的后期维修增加了难题。光电传感器采用区别于传统传感器模拟信号的数字信号进行信号传输，极大地减轻了传感器的负担，同时数字信号具有一点多传的传播优势，完全取代二次电缆，避免了接线复杂的问题，有利于设备的后期维修，同时实现了真正意义上的信息资源共享。

光电传感器在变电站通信系统中的广泛应用，使得变电站的通信系统结构发生了质的变化，极大地优化了变电站的通信系统结构，为提高变电站的自动化水平奠定了基础。变电站通信系统结构如图1所示，由图可以看出，变电站的通信系统结构主要由变电站层、间隔层以及过程层3个部分组成。传统的变电站通信系统结构只有两层，光电传感器的应用使数字控制开关、智能开关设备等配套的电子设备在变电站通信系统中广泛存在。基于光电传感器的点对点传输或一点对多点的传输变电站通信系统的结构转变极大地简化了接线复杂程度，同时极大地提高了后续工作的效率。此外，光电传感器的接口设计使变电站通信系统的使用更加方便，能够促进相关系统中软硬件的标准达到较高的水平，确保变电站通信系统高效平稳运行。变电站通信系统的结构转变使变电站通信系统更具开放性、灵活性，为实现变电站通信系统的自动化提供了可能[2，3]。

1.2 光电传感器对变电站通信系统自动化的影响

我国各地的经济发展水平不协调，呈现东高西低的态势，使我国电力的发展水平也具有较大差异，从而导致变电站通信系统的自动化水平处于不平衡的态势。在许多地区仍存在传统老式自动化系统与先进自动化系统共存的状况，使得先进自动化系统要与传统老式自动化系统的集中化组屏兼容，从而实现新式与传统自动化系统的有机整合，共同为变电站的通信系统贡献自己的力量。光电传感器在这个有机整合的过程中起着数字信息传递和转换模拟量的作用[2，3]。

光电传感器使用与仪用传感器单元的配合使用，使兼容传统互感器，点对点通信，过程总线共享传感器数据，过程总线和站级总线统一以及全站共享数据成为可能。随着现代网络技术的不断发展，使得变电站总站级与过程站等的连接成为可能，同时可以在变电站通信过程中统一使用标准化的MMS协议，以保证变电站通信系统的实时响应性能满足要求。过程总线和站级总线统一有利于实现信息的全站共享，同时降低了连接方式和维修的难度和复杂性，加速了变电站通信系统的自动化[4，5]。

2 光电传感器在变电站中的应用

变电站的主要传输方式是高压直流输电，在高压直流输电系统的变电站中光电传感器较多的运用于直流场直流电压、直流电流的采集。李豹等对高肇直流肇庆换流站进行调研发现，高肇直流肇庆换流站内共有4个分别用来采集双极直流线路电压、中性母线电压的光电电压互感器，同时配置有11个分别用来采集双极直流线路电流、高压母线电流、中性母线电流以及接地极线路电流的光电电流互感器。其中电压电流信号经过光电互感器的转换和传递进入保护和控制系统，从而实现对系统的控制和保护。李豹等对高肇直流肇庆换流站在2005—2011年的故障研究发现故障主要出现在光电传感器的光电转换单元故障、测量系统板卡故障和光纤通道故障，其中光电转换单元故障最多。由此可见，光电传感器在变电站信息系统中处于核心地位，只有保障光电传感器的正常运行才能减少变电站的故障，从而提高变电站的运行效率[1]。

随着光电传感器在变电站的广泛使用，关于变电站故障的研究也有很多，对光电传感器故障的研究表明光电传感器自身故障是变电站故障的主要形式，因此，只有增强光电传感器的质量和经常性的信息维护才能保证变电站的高速运行。

3 結语

该文通过对光电传感器对变电站影响、光电传感器在变电站中的应用等两个方面的研究发现：（1）光电传感器采用先进的数字信号传输模式取代传统的模拟信号模式，极大地改善了变电站通信系统；（2）光电传感器使变电站的通信系统结构由两层转变为包含变电站层、间隔层以及过程层3个部分结构，提高了后续工作的效率，为实现变电站通信系统的自动化提供可能；（3）光电传感器与现代化网络技术的结合是未来电力系统的主要发展方向；（4）随着光电传感器的广泛应用，光电传感器的光电转换单元故障、测量系统板卡故障和光纤通道故障成为变电站的主要故障。

参考文献

[1] 李豹，张蔷，毛海鹏，等.光电互感器及其测量系统在HVDC

中的应用研究[J].高压电器，2013（5）：101-105.

[2] 耿楠.光电传感器在变电站通信控制系统中的应用[J].中国高新技术企业，2012（12）：62-63.

[3] 吕国策.传感器在变电站通信控制系统中的应用研究[J].科技传播，2015，7（18）：70-71.

[4] 韩小涛，尹项根，张哲，等.光电传感器在变电站通信控制系统中的应用探讨[J].电力系统及其自动化学报，2003， 15（3）：93-96.

[5] 任和.光电传感器在变电站通信系统应用[J].科技传播， 2012（4）：153-154.