莲花发电厂超声波流量测量系统改造

【摘要】为提高机组流量测量系统的可靠性和准确性，以适应电厂无人值班、少人值守的要求，莲花发电厂在原有基础上对超声波流量测量系统进行了技术更新。文中介绍了莲花发电厂2号机组流量测量系统配置及改造前后的运行情况，并对改造经验进行了总结。

【关键词】超声波；流量测量系统；莲花发电厂

前言

随着科学技术特别是电子技术、数字技术和声楔材料等技术的发展，运用超声波脉冲测量流体流量的技术发展较快，正在成为测流工作的首选工具。

1、超声波流量计的测量原理

超声波流量计一般的测量方法为传播速度差法、多普勒法等。传播速度差法的原理是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差反映流体的流速，以测出流量；多普勒法的原理是运用声波中的多普勒效应测得顺水流和逆水流的频差反映流体的流速得出的流量。

单声道测试系统仅可应用在小型渠道水位和流速变化较小的场合。大型渠道流速纵横变化很大，要采用多声道超声波测流才可得到准确的流量值，对直径较大的圆管，流态复杂多变，为提高测量精度通常采用多声路的布置方式，如图1所示。应采用2、4、8声路，把各声路上的流速对测量断面进行积分，得出测量断面的流量，流量积分公式为：

2、莲花发电厂原流量测量系统

莲花厂机组超声波流量计设备包括由加装流量测量管理软件的工业控制计算机、数据采集器、换能器、超声波传感器等构成。

随着使用年限的延长，其埋设于引水钢管内的部分流量测量元件和射频信号电缆等开始出现抗干扰能力和元件的老化导致测量的流量数据误差较大，给发电用水量的计算、统计和科学调度带来很大不便。莲花发电厂采用GER9000流量测量系统代替原测量系统。

3、GER9000流量测量系统

3.1系统组成

莲花发电厂采用的GER9000流量测量系统是专用于大流量测量的高精度流量测量系统，由电子机箱、换能器和电缆组成。电子机箱可分为现地(前置)测量单元及后台显示、处理单元。

GER9000超声波流量测量系统软件支持最多10个GER9000超声波流量测量前置（现地）单元的通讯，通过RS485组网。控制一个或多个GER9000超声波流量测量前置（现地）单元，完成超声波声路测量、流速计算、声路工作状态判断、流量计算、流量测量状态判断、显示、打印、串口输出(ASCII码输出或MODBUS输出)，4~20mA模拟量输出等。

GER9000流量测量系统的后台显示、处理单元可以配置不同数量的现地(前置)测量单元；而每个现地(前置)测量单元可以配置不同数量和类型的换能器。后台显示、处理单元通过RS485总线与一个或多个现地(前置)测量单元相连的。

现地(前置)测量单元是一个300*400*120的机箱。机箱内有电源模块和收发讯模块。现地（前置）测量单元周期性地接收显示、处理单元的命令并自动对其上所接声路进行测量。把原始的测量结果和测量状态上传给显示、处理单元进行处理。如果显示、处理单元经过计算后发现某个声路工作不正常，能自动发送命令给现地（前置）测量单元，对该声路进行调试。现地(前置)测量单元的超声波发射电压有50V、100V、200V、400V四种，可以在软件中选择。每个现地(前置)测量单元最多具有测量12声路的能力。

GER9000超声波流量测量系统有多种不同类型的换能器，用于各种不同的测量现场，换能器有插入式换能器、内敷式换能器和明渠换能器之分，莲花厂采用的是内敷式换能器。内装式换能器，主要针对被埋设的管道以及混凝土管，其电缆由管内部经穿缆器引出，内敷式换能器及引出电缆一般采用双体备份结构以延长检修周期。换能器与现地单元间由电缆连接，进行信号传输。信号电缆为高强度防水射频同轴电缆。换能器主要完成电声转换的功能，它能在发射脉冲信号的激励下产生声波，声波在流体中传播到达另一换能器后又转换为接收脉冲信号。电子测量单元驱动超声波换能器进行声波的发射与接收，测量超声波在流体中的传播时间，计算流量，并对测量数据进行存储，显示与输出。

3.2系统特点

系统测量精度高，功能全，有独特的智能判断功能和供选择的不同输出接口；短管度，在弯管附近也能进行高精度测量；适用范围广，圆形管道、方形涵洞、开敞的明渠均可测量；易维护，彩色大屏幕液晶显示，全中文界面及智能诊断系统，方便操作和维护。

超声波流量测量系统主要完成莲花电厂四台机组的瞬时流量测量，日流量和年流量的统计等，为莲花发电厂厂水文数据统计、下游发电和防洪、区域水情预报、发电厂机组经济运行等提供第一手的数据资料。通过本次改造，提高了测量系统的稳定性和可靠性，为机组流量的精确测量和统计提供可靠技术保证。

参考文献

[1]张金铎,王仁乾.压电换能器和换能器阵[M].修订版,北京:北京大学出版社,2005:1-134

[2]何存富.固体中的超声波[M].北京:科学出版社,2004:10-58