一、引言 　　臺山發(fā)電廠坐落在全國著名僑鄉(xiāng)臺山市銅鼓灣,廠區(qū)三面環(huán)山,南面臨海,與廣東省著名的旅游勝地上、下川島隔海相望。該電廠整體工程分兩期建設(shè),一期工程5臺機組總?cè)萘繛?000MW,第二期工程6臺機組為6000MW，最終容量可達9000MW，1、2號機組分別于2003年12月9日及2004年4月9日投產(chǎn)。臺電又是廣東省十大重點工程之一，也是亞洲目前規(guī)劃建設(shè)規(guī)模最大的火力發(fā)電廠。 　　臺電的建成將大大緩解廣東用電緊張的壓力，成為廣東省最可靠的電源支撐點之一。為了更好地實現(xiàn)臺電的定位標準，即以更安全為基礎(chǔ)，更可靠為依據(jù)，更先進為動力，更經(jīng)濟為宗旨，更規(guī)范為保障，更環(huán)保為標準，創(chuàng)國際一流電廠。在每一臺設(shè)備的選擇上，臺電本著安全可靠的原則，均選擇了國內(nèi)最成熟可靠的產(chǎn)品解決方案。 　　長期以來，在電廠各個環(huán)節(jié)的固體料倉的料位測量一直是個難點，比如：煤倉、飛灰倉、石灰石粉倉等。目前市場可以選擇料位計種類和品牌非常繁多，參差不齊。 二、解決方案及技術(shù)特點 　　在經(jīng)過大量市場的調(diào)查和研究，以及與各物位計生產(chǎn)廠商的技術(shù)交流之后，最終在臺電的一期工程的五臺600MW機組上選擇了西門子公司提供的料位測量解決方案，該解決方案主要以超聲波和雷達物位計等非接觸式物位測量技術(shù)為主。 1、超聲波物位測量解決方案及特點 原理及應用： 　　超聲波料位計基于回波測距原理。超聲波料位計大多采用氣介導聲的方式，即利用在空氣中傳播的超聲脈沖在被測物體上被反射，并接收其回波，超聲脈沖來回傳播的時間與聲脈沖傳播距離成正比，測出聲脈沖行程時間，就可據(jù)之算出物位。 　　超聲波在粗糙的固態(tài)表面（包括顆粒狀物料表面）上的反射狀況與聲波波長表面粗糙度（顆粒狀物料的粒徑）有關(guān)。當表面粗糙度與聲波波長接近或大于波長時，聲波會產(chǎn)生漫反射，類似光波在毛玻璃上的反射。由于漫反射的作用，超聲波的大部份能量都散射了，返回的只是一小部份能量，經(jīng)常會因此導致失波的現(xiàn)象（如圖2），故測量固態(tài)料面時，很多廠商會選擇比測量同樣距離的液面發(fā)射更強（大一倍或更大量程）的超聲波能量。 　　另外，在固體的料位測量中，不可避免會產(chǎn)生一些粉塵；而粉塵會吸收超聲波的能量，而使回波能量被衰減。因此，超聲波技術(shù)一般都用于測量顆粒度較大的固體料位 ，比如：原煤倉等。 技術(shù)特點： 聲阻匹配技術(shù)。 　　不同于其他公司的產(chǎn)品，西門子采用了一種聲阻匹配的技術(shù)來作為測量固體料位的主要技術(shù)。采用低密度的介質(zhì)緊貼在超聲波發(fā)射表面，以降低超聲波探頭聲阻，使發(fā)生的超聲波能量衰減大到最小。這也是目前所有的超聲波固體測量技術(shù)中成本最低、可靠性最高、應用最為廣泛的一種技術(shù)。據(jù)測試，采用聲阻匹配技術(shù)的超聲波探頭比普通的超聲波探頭的性能要提高5～6倍。 矩陣式聲源系統(tǒng)。 　　當量程增加時，超聲波探頭的發(fā)射能量也需要大大的增加，同時也需要降低發(fā)射頻率來減少超聲波能量在長距離的傳輸中衰減。但是采用以上技術(shù)，也會帶來一些“副作用”：波束角增大；超聲波能量發(fā)散；探頭表面的“自清潔”功能不明顯，容易粘結(jié)物料（如圖3）；較低的發(fā)射頻率容易受到自然噪聲的干擾；精度低等一系列問題。 　　西門子公司采用矩陣式聲源系統(tǒng)克服了上述技術(shù)的缺點。它選擇使用了多個（不是一個）晶振作為發(fā)射源；相對于普通的超聲波探頭，它的發(fā)射頻率更高，波束角更小（可至6º），表面 兩線制連線方式。 　　西門子公司的超聲波探頭一般都采用兩線制模式，除了進行傳輸和識別超聲波探頭脈沖信號，同時也進行溫度信號的傳輸以實現(xiàn)溫度補償?shù)淖饔谩２煌诔Ｒ姷娜€制模式，兩線制模式既可以選擇雙絞屏蔽線作為傳輸線纜，也可以選擇抗干擾能力更強的同軸電纜。它的優(yōu)點是：傳輸距離最長可達365m，最大程度地實現(xiàn)多點測量；最有效地克服來自環(huán)境的噪聲，使回波信號更加可靠穩(wěn)定。 2、雷達物位測量解決方案及特點 原理及應用： 　　微波物位計和超聲波物位計一樣，也是基于回波測距原理的物位測量方式。不同的是，它是一種電磁波，在傳播的過程不需要傳輸媒介的傳遞，因此基本上不需要考慮揮發(fā)性氣體和蒸汽、溫度、壓力（真空）、甚至粉塵的影響。 　　微波和所有的電磁波一樣在自由空間中是以光速（300,000,000m/s）傳播，電磁波到達目標并經(jīng)反射返回接收器這一來回所用的時間幾乎是瞬間的。 　　西門子推出的Sitrans LR400固體型雷達是專門用于測量粉狀固體料位的雷達物位計，比如：電廠的飛灰倉、粉煤倉、石灰石粉倉等。 技術(shù)特點： K波段高頻技術(shù)。 FMCW工作原理。 　　FMCW微波物位計采用線性的調(diào)制的高頻信號。它是一種基于復雜數(shù)學公式的間接測量方法，由頻譜計算出物位距離。天線發(fā)射出被線性調(diào)制的連續(xù)高頻微波信號并進行掃描，同時接收返回信號。發(fā)射微波信號和返回的微波信號之間的頻率差與到介質(zhì)表面的距離成一定比例關(guān)系。 　　采用FMCW原理的微波物位計都具有連續(xù)自校準的處理功能。被處理的信號與 一個表示已知固定距離的內(nèi)部參照信號進行比較。任何差值會自動得 到補償，這樣消除了由溫度波動或變送器內(nèi)部電子部件老化引起的可能的測量漂移。采用FMCW的工作原理的雷達物位計的精度、穩(wěn)定性和可靠性一般都要優(yōu)于脈沖方式的雷達物位計。 　　固體料面由于本身的形狀和表面特性比較復雜，而且還處于不斷地變化中。因此，料位測量結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性的提高對于系統(tǒng)控制來說至關(guān)重要。 四線制供電。 　　在粉塵大、量程大、料面安息角較大而導致能量散射嚴重的工況中，經(jīng)常會因為回波信號微弱而導致失波，甚至儀表工作“死機”。采用四線制的供電方式保證了儀表的發(fā)射功率較一般的兩線制的雷達要強得多，使其可靠性達到最理想的狀態(tài)。 三、安裝和調(diào)試 安裝位置的選擇 1、盡可能選擇遠離進料口的位置，以避免在進料狀態(tài)時，超聲波或雷達波束感應到物料而造成誤動作。 2、盡量保證在超聲波或雷達在有效測量范圍內(nèi)的波束不會“接觸”到任何障礙物，比如：人梯、橫梁、攪拌器等。 3、測量點最好選擇能夠準確反映平均料位的位置。如進料口是在中心位置的話，物料會在進料時形成中間高四周低的形狀，將測量點選擇在中間不能反映真實可信的料位。 瞄準器 　　在測量固體料位時，通常料位計不會安裝在中心位置，而進料口是在中間位置，一般都需要用到瞄準器來調(diào)整探頭的角度，一般都是選擇瞄準出料口。因為大多數(shù)固體料倉的底部是錐形的，在空倉的情況下，如果探頭的安裝是垂直往下的，那么就可能會造成回波打在料倉底部無法回收。如調(diào)整瞄準器的安裝角度，則可從物料上收到最有效的漫反射回波，保證測量得到最可靠的回波。 　　超聲波料位的瞄準器需要另外配置，也可以自己簡單地制作。Sitrans LR400固體型雷達則將瞄準器作為標準配置，并且為了適應工況需要 —— 很多混凝土料倉的倉頂較厚，將喇叭口天線設(shè)計地比較長，可以深入倉內(nèi)，以避免由于倉頂過厚造成的干擾。而且，Sitrans LR400固體型還提供了延長管的設(shè)計，以滿足過長的安裝立管的要求。 方便的調(diào)試 西門子公司的物位計設(shè)計了更加人性的安全的現(xiàn)場儀表調(diào)試方式，它可以通過一種紅外手操器對儀表進行參數(shù)設(shè)定，而不需要像很多儀表一樣，需要直接接觸儀表顯示屏進行操作，使操作工人更加方便；而且，手操器本身也提供了本質(zhì)安全的防爆認證，即使在防爆區(qū)內(nèi)，也同樣可以進行調(diào)試操作。 四、使用效果 　　臺山發(fā)電廠先后在1期工程的5個機組中，分別采用超聲波和雷達料位計來解決料位測量的問題。經(jīng)過廠家的安裝指導和調(diào)試后，這些儀表的使用效果令人滿意。和以往的料位測量方式相比，西門子公司的提供的物位解決方案相當可靠，基本上不需要維護。