電除塵用三相高壓硅整流電源的開發(fā)應(yīng)用
一、前言
眾所周知，到目前為止，電除塵用高壓硅整流電源都是采用單相工頻380VAC交流輸入，經(jīng)兩個(gè)反并聯(lián)可控硅調(diào)壓，再由變壓器升壓整流輸出高壓直流信號(hào)加到電除塵器。隨著環(huán)保力度加大，要求粉塵排放越來(lái)越低，電除塵器的電場(chǎng)截面越來(lái)越大，選配的電源也越來(lái)越大，電場(chǎng)數(shù)也越來(lái)越多，電網(wǎng)用電不平衡的因素加劇，電除塵器面臨著輸出排放達(dá)標(biāo)困難和電網(wǎng)污染的雙重挑戰(zhàn)。
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是計(jì)算機(jī)和電力功率器件的發(fā)展，三相平衡輸入又能有效提高除塵效率的高頻電源，在國(guó)外已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)化。但在國(guó)內(nèi)高頻電源還在研制起步階段，滿足300MW以上的發(fā)電機(jī)組應(yīng)用的大功率高頻電源還有很長(zhǎng)的路要走。
因此，三相工頻硅整流除塵電源的開發(fā)應(yīng)用成為必然。龍巖五環(huán)環(huán)保設(shè)備有限公司（負(fù)責(zé)三相高壓硅整流變壓器的開發(fā)和制作）、廈門綠洋電氣有限公司（負(fù)責(zé)三相高壓控制器的開發(fā)和制作）從2005年4月開始共同這個(gè)項(xiàng)目的研制工作，到2006年9月已經(jīng)通過(guò)了工業(yè)示范工程的運(yùn)行，取得了非常好的效果。
二、 三相電源的顯著特點(diǎn)
1、三相平衡輸入，可以減少初級(jí)電流，減少電網(wǎng)缺相損耗；如：要給電除塵器本體提供1.0A/72KV的電源即72KW的負(fù)載功率，采用單相電源的輸入電流為：271A。一路缺相；采用三相電源的每相輸入電流只有：114A。對(duì)電網(wǎng)無(wú)污染，無(wú)缺相損耗，是屬于綠色環(huán)保設(shè)備；更適合做成電除塵電源的大功率輸出，更能滿足當(dāng)前本體大型化的特點(diǎn)。
2、可直接節(jié)能25%以上，單相輸出效率一般設(shè)計(jì)為：0.7。在實(shí)際使用單相的效率會(huì)更低一些；而三相的輸出效率為：0.95。如果算上單相工作時(shí)電流缺相空損，實(shí)際節(jié)能效果近30%。
3、輸出的二次電壓平穩(wěn)，峰值電壓與有效值、平均值電壓基本一致，在相同的擊穿電壓下，其二次輸出平均電壓可提高15%以上，電場(chǎng)的電流密度可提高一倍以上，即輸出二次輸出電流增加一倍；對(duì)于相同的負(fù)載，采用三相電源可比單相提高一倍以上的有效輸出功率；有利提高一些電壓電流偏低的應(yīng)用場(chǎng)合的電暈功率，有利于克服高濃度粉塵的運(yùn)行效果，從而提高除塵效率；對(duì)于新設(shè)計(jì)的本體可以減少收塵的比面積，降低除塵器總重量，減低成本。
三、三相電源的控制原理及技術(shù)特點(diǎn)
1、控制原理
主回路：采用三相分別反并聯(lián)可控硅調(diào)壓，變壓器的初級(jí)采取星形接法（內(nèi)置公共端），次級(jí)高壓端分三相輸出整流，然后并聯(lián)成一路直流高壓加到電除塵器。
操作控制回路：控制回路是一個(gè)帶漢字顯示的數(shù)字自動(dòng)電壓控制器，它能根據(jù)主回路上取樣的一次電壓/ 電流和整流變壓器輸出取樣的二次電壓/電流信號(hào)，輸出六路可控硅移項(xiàng)觸發(fā)脈沖，自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)負(fù)載最高輸出電壓；當(dāng)負(fù)載擊穿發(fā)生閃絡(luò)放電時(shí)，控制器自動(dòng)跟蹤封鎖可控硅，并按設(shè)計(jì)升壓速率，恢復(fù)正常供電；當(dāng)負(fù)載發(fā)生永久性開路或短路時(shí)，控制器會(huì)自動(dòng)跳閘保護(hù)，切斷輸出，顯示故障類型。
2、技術(shù)特點(diǎn)
（1）高可靠光電隔離技術(shù)：模擬信號(hào)輸入線性光電隔離，可抗擊高達(dá)100VAC的瞬間沖擊電壓；可控硅觸發(fā)輸出光電隔離電壓高達(dá)3000V；即插即用的RS485串口通訊高速光電隔離，以及隔離電源驅(qū)動(dòng)模塊；全面提高控制系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性。
（2）超亮度汗字顯示器：選用軍用超亮度超高溫自發(fā)光OLED點(diǎn)陣顯示模塊，滿足超距離無(wú)視角觀察顯示數(shù)據(jù)；多字體格式、特種符號(hào)狀態(tài)指示、友好人機(jī)交互界面、動(dòng)態(tài)顯示一次電壓、一次電流、二次電壓、二次電流、控制方式、控制特性、火花率、可控硅導(dǎo)通角、故障跳閘時(shí)指示過(guò)流、開路或短路等工況信息；按鍵鎖屏和自動(dòng)循環(huán)顯示模式；最大程度地提高設(shè)備管理和控制水平。
（3）內(nèi)置電子實(shí)時(shí)鐘：上電開機(jī)顯示當(dāng)前日歷時(shí)鐘待命狀態(tài)，并可通過(guò)按鍵調(diào)整時(shí)鐘。
（4）高精度同步控制技術(shù)：采用高精度三相同步電路，保持三相輸出盡可能地平衡，不平衡誤差≤±20US（即千分之二），移相觸發(fā)脈沖控制調(diào)節(jié)精度1US（即萬(wàn)分之一）；做到靜態(tài)平衡與動(dòng)態(tài)平衡相統(tǒng)一。
（5）動(dòng)態(tài)浮動(dòng)火花跟蹤技術(shù)：采用軟硬件組合浮動(dòng)跟蹤二次電流峰值，根據(jù)閃絡(luò)沖擊脈沖疊加在二次電流峰值的大小，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)區(qū)分是高能量火花還是低能量火花。強(qiáng)制封鎖和軟件控制封鎖相結(jié)合，有效地解決了三相除塵電源的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
（6）缺相和相序及其它保護(hù)功能：在三相觸發(fā)控制器進(jìn)線端設(shè)有缺相和相序保護(hù)繼電器，當(dāng)三相電源斷相或相序與柜內(nèi)控制不同步時(shí)，禁止系統(tǒng)上電啟動(dòng)，避免因缺相錯(cuò)相導(dǎo)致偏勵(lì)磁，而造成設(shè)備損壞或其它安全事故。設(shè)備上電或復(fù)位鍵后，控制系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)CPU各端口、RAM、EPROM、可控硅短路等，如出現(xiàn)錯(cuò)誤會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行，并顯示故障信息。電氣運(yùn)行情況能客觀地反映出電除塵器的運(yùn)行質(zhì)量，不同的伏安特性曲線將反映出不同的工況，故障的伏安特性將表明負(fù)載的故障狀態(tài)。
（7）遠(yuǎn)程遙控網(wǎng)絡(luò)化管理功能：RS485串行通訊接口采用MODBUS通訊協(xié)議，可以與世界任何主流品牌的PLC和DCS直接交換數(shù)據(jù)；每一臺(tái)三相高壓電源的運(yùn)行數(shù)據(jù)和控制參數(shù)既可以用MODBUS通訊協(xié)議直接上傳給DCS上位機(jī)，也可以幾個(gè)電場(chǎng)的高壓數(shù)據(jù)先整合到低壓控制系統(tǒng)的PLC內(nèi)，采用參數(shù)表，由PLC自身的通訊接口（以太網(wǎng)或MODBUS）上傳給上位機(jī)，上位機(jī)則通過(guò)PLC間接管理和調(diào)節(jié)控制每一臺(tái)高壓設(shè)備。
（8）歷史數(shù)據(jù)查詢：為了滿足沒(méi)有使用上位機(jī)的客戶的需求，特別開發(fā)了這一實(shí)用功能，為客戶提供了一個(gè)高壓歷史數(shù)據(jù)管理的經(jīng)濟(jì)的解決方案。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)將自動(dòng)保存三個(gè)月，過(guò)期的記錄將自動(dòng)清除，既保證了數(shù)據(jù)檢索的效率，又能有效地節(jié)約系統(tǒng)資源。
四、三相電源的示范工程
從2006年5月起先后在平頂山市匯源鋁業(yè)有限公司投用二臺(tái)三相1.0A/72KV高壓硅整流電源、中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司中州分公司投用九臺(tái)三相1.0A/90KV高壓硅整流電源、福建省梅嶺火電廠投用一臺(tái)三相0.6A/80KV高壓硅整流電源，都取得了很好的效果。其中中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司中州分公司已于2006年9月對(duì)改裝三相整流電源的電除塵器進(jìn)行了檢測(cè)，東、西兩臺(tái)電除塵器的出口粉塵排放濃度分別為57mg/Nm3和37mg/Nm3，除塵效率由原來(lái)的97.57%提高到99.8%，完全達(dá)到了環(huán)保的要求。
我們認(rèn)為，三相整流電源能在不改動(dòng)電除塵器本體的情況下提高除塵效率，因此，特別適合于大型老電除塵器的改造，從而具有廣泛的應(yīng)用前景。
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