0、引言
在水電站計算機監控系統、公用設備控制系統、機組在線監測系統等自動化控制系統中，需要監視測量一些模擬量信號，包括電量模擬量（如電流、電壓、功率等）和非電量模擬量（如壓力、水位、流量等）。電量模擬量信號由變送器提供，一般可以輸出隔離的4-20mA模擬信號，不需要外加信號隔離器。非電量模擬量傳感器工作電源一般取自自動化系統設備提供的DC24V電源模塊，且多數不隔離。為實現各控制、監測子系統相關模擬量傳感器供電電源安全、穩定和相對獨立，避免因某個模擬量傳感器工作電源回路外部短路，造成電源模板擊穿或燒毀概率，避免在同一系統中某些模擬量傳感器因工作電源來自不同系統的供電模塊而引起模擬量輸入信號電源共正或共負，燒毀模擬量采集模塊的可能，危及相關設備自動化系統運行安全，特別是對于哪些用于過程控制中需實施越限報警、動作停機和重要設備退出運行操作的模擬量傳感器使用信號隔離器是有益的選擇，否則有引起誤動作的可能，不利于電站安全穩定運行，甚至造成不必要損失。在控制系統模擬量的采集和處理中，對于非電量模擬量傳感器的測量精度、抗干擾能力以及傳感器電源問題等也日益受到電站設計、建設和運行單位的高度重視。
1、非電量模擬量傳感器種類及常規接線方式
在水電站自動化控制系統中用于機組、輔機及公用設備自動控制及監測的非電量模擬量傳感器一般有蝸殼進口壓力、尾水管進口壓力、尾水管出口壓力、尾水管壓力脈動、頂蓋壓力、軸承冷卻水進水管壓力、推力、水導軸承外循環油流、軸承油槽液位、軸承油槽油混水、導葉位移、檢修密封氣壓力、主軸密封水壓力、流量、軸承冷卻水流量、頂蓋液位、技術供水總排水管流量、機組制動氣源壓力、機組壓力油罐壓力、油位、回油箱和漏油箱油混水、機組制動氣源壓力、主變壓器油面和線圈溫度、油位、主變冷卻器冷卻水壓力、溫度以及進水口快速事故門液壓系統壓力和回油箱溫度、閘門開度、進水口快速事故門前、后水位、庫前水位、尾水水位、廠房滲漏、檢修集水井水位、盤形閥操作廊道水位、空壓機儲氣罐壓力、大壩閘門啟閉機液壓系統壓力、開度、調壓井水位等傳感器。其中相關壓力、流量、溫度傳感器信號直接關系到機組開停機和事故停機動作，或關系到輔機、公用設備啟、停操作，傳感器供電電源的安全、可靠、穩定和相對獨立以及其測量精度、抗干擾能力是確保電站機組安全運行的基礎。
這些非電量傳感器分為兩線制、三線制、四線制接線方式，均需外部提供工作電源，為保證電源的安全性一般采用DC24V，最常用的方式是采用由相關控制系統設備提供DC24V電源。全廠計算機監控系統廠家由于需監測的傳感器數量多，關注其重要性以及確保現地控制單元運行安全，一般提供獨立的DC24V電源模塊。輔機及公用設備控制系統廠家由于各子系統需監測的傳感器數量少，一般采用與其子控制系統共用DC24V電源模塊，只在各電源輸出回路設置空開或熔斷器。
按照常規接線方式，對于兩線制儀表：在控制系統屏上直接用屏蔽電纜從電源模塊輸出回路DC24C“+”端子排上引出1芯，從模擬量輸入回路“+”端端子排上引出1芯（該通道模擬量輸入回路“-”端直接與電源模塊輸出回路DC24V-端子連接）接到各現地安裝的傳感器電源回路上，完成傳感器工作電源供電和模擬量信號輸入，如蝸殼進口壓力、尾水管進口壓力、尾水管出口壓力、尾水管壓力脈動傳感器等；對于三線制儀表：在控制系統屏上直接用屏蔽電纜從電源模塊輸出回路DC24V“+”端子排上引出1芯，從模擬量輸入回路端子排上引出2芯接到各現地安裝的傳感器電源回路上，完成傳感器工作電源供電和模擬量信號輸入，如流量傳感器等；對于四線制儀表：在控制系統屏上直接用屏蔽電纜從電源模塊輸出回路DC24V“+”、“-”端子排上引出2芯，從模擬量輸入回路端子排上引出2芯（按二次接線規范要求一般各采用1根屏蔽電纜）接到各現地安裝的傳感器電源輸入和信號輸出回路上，完成傳感器工作電源供電和模擬量信號輸入，如電磁流量計傳感器等。
以上接線由于傳感器工作電源和模擬量信號輸入未采用有效的隔離措施，其最大的弊病及可能造成的危害是，當電纜或傳感器現地接頭發生短路故障時，或戶外安裝的傳感器受到雷擊過電壓時，將危及控制、監測系統屏上電源模塊和模擬量采集模塊的運行安全，可能會造成模板擊穿或燒毀，嚴重的會影響到控制、監測系統運行，甚至死機。同時對于兩線制或三線制傳感器，電源和信號采用同根電纜，由于無有效隔離其測量精度和抗工頻電磁干擾能力大大降低，即使對于四線制傳感器也因信號輸入回路無有效隔離，其測量精度和抗干擾能力也將受到影響。
近幾年國內多個大中型水電站已在非電量模擬量傳感器電源和信號回路中采用信號隔離器的接線方式解決和避免出現上述問題，實踐證明該方式投資少，隔離強度高、負載能力強、安裝接線簡單、運行穩定、安全可靠。
2、信號隔離器在非電量模擬量傳感器接線中的應用
信號隔離器的隔離方式主要分為：變壓器隔離、光電隔離，均具有隔離、配電、轉換、分配和報警識別功能，通常信號隔離器性能從技術參數體現。信號隔離器的輸入對輸出對電源對地四端三重全隔離通道間均具有2500VAC耐壓水平。其特點是變壓器隔離：性能穩定、壽命長、負載能力強、隔離強度高，但電路復雜，制作工藝要求更高，如云南昌暉儀表制造有限公司SWP9034A系列信號隔離器；光電隔離：性能穩定、抗干擾能力強、線路簡單、成本低廉、壽命和隔離強度略低于變壓器隔離，如BETIC系列信號隔離器；這兩種隔離方式的信號隔離器近幾年在許多水電站工程都有大量使用，有效解決水電站環境下自動控制、監測系統傳感器工作電源和模擬量信號輸入隔離，抗工頻電磁干擾和雷擊過電壓的危害，確保傳感器測量精度和系統安全穩定、可靠運行。
信號隔離器為端子排型，體積比常規接線端子略大，可密集導軌安裝，輸入/輸出與電源端子在不同側，有效防止短路。目前使用較多且行之有效的接線方式是：控制屏內DC24V電源模塊輸出回路經屏內專用端子接信號隔離器電源端子，供隔離器工作電源，隔離器的1對輸入信號端子接兩線制傳感器（并帶有DC24V電源），隔離器的1對輸出信號端子輸出4-20mA模擬量接屏內模擬量模塊輸入端子。對于三線制傳感器，隔離器三線輸入信號端子接傳感器（帶DC24V+、公共端（DC24V-）及模擬信號輸入），隔離器的1對輸出信號端子輸出4-20mA模擬量接屏內模擬量模塊輸入端子。對于四線制傳感器，信號隔離器SWP9034A也能提供經隔離的DC24V電源，一般采用由控制屏電源模塊提供獨立的DC24V電源給信號隔離器，傳感器輸出的4-20mA模擬量信號接隔離器信號輸入端子，傳感器電源DC24VDV也從信號隔離器上送出，隔離器的1對輸出信號端子輸出4-20mA模擬量接屏內模擬量模塊輸入端子。以上兩線制、三線制、四線制傳感器通過控制屏內信號隔離器均能完成傳感器工作電源和模擬量信號輸入的有效的隔離。信號隔離器完全可以實現對水電站現場各有源模擬量（傳感器自身帶工作電源，輸出4-20mA模擬量）和無源模擬量（傳感器需外部提供工作電源且與信號輸出共同構成輸入/輸出回來）的隔離，由于信號隔離器的高強度隔離、配電、轉換、分配和報警識別功能，有效地保證了控制屏內電源模塊和模擬量采集模塊的運行安全，避免了可能會造成的模板擊穿或燒毀概率，其測量精度得到提高，抗工頻電磁干擾和雷擊過電壓的危害降到最低。
對于某些電站水輪機現場非電量傳感器安裝條件的限制，其模擬量輸出信號需擴展，才能解決1個4-20mA模擬量信號同時傳輸給2套不同控制和監測系統，如蝸殼進口壓力、尾水管出口壓力、尾水管進口壓力脈動、頂蓋壓力、機組凈水頭即要供全廠計算機監控系統，又要供機組狀態監測系統使用時，以及一些單個4-20mA電量模擬量需擴展出2-5路4-20mA輸出的均可采用信號隔離器進行擴展，即1路4-20mA電量和非電量模擬量輸入，經隔離器輸出2路至5路4-20mA模擬量，它有效地實現了電站控制、監測不同獨立系統的需求，減少了投資、簡化了二次接線、解決了電站現場傳感器安裝帶來的問題。
3、結語
以上非電量模擬量傳感器采用信號隔離器的接線方式，在貴州烏江流域和北盤江流域多個水電站和緬甸太平江水電站自動化系統中已采用，取得了良好效果，目前正在四川瀘定水電站和錦屏一、二級及官地水電站應用，對提高水電站自動化控制、監測系統將起到良好的示范作用。
信號隔離器在南瑞水電站自動化系統中的應用 作者：南京南瑞集團公司 朱樂；中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院 張樹京
推薦閱讀
如何區分兩線制4-20mA和四線制4-20mA
