电除尘用三相高压硅整流电源的开发应用
一、前言
众所周知，到目前为止，电除尘用高压硅整流电源都是采用单相工频380VAC交流输入，经两个反并联可控硅调压，再由变压器升压整流输出高压直流信号加到电除尘器。随着环保力度加大，要求粉尘排放越来越低，电除尘器的电场截面越来越大，选配的电源也越来越大，电场数也越来越多，电网用电不平衡的因素加剧，电除尘器面临着输出排放达标困难和电网污染的双重挑战。
随着技术的不断进步，尤其是计算机和电力功率器件的发展，三相平衡输入又能有效提高除尘效率的高频电源，在国外已经进入市场化。但在国内高频电源还在研制起步阶段，满足300MW以上的发电机组应用的大功率高频电源还有很长的路要走。
因此，三相工频硅整流除尘电源的开发应用成为必然。龙岩五环环保设备有限公司（负责三相高压硅整流变压器的开发和制作）、厦门绿洋电气有限公司（负责三相高压控制器的开发和制作）从2005年4月开始共同这个项目的研制工作，到2006年9月已经通过了工业示范工程的运行，取得了非常好的效果。
二、 三相电源的显著特点
1、三相平衡输入，可以减少初级电流，减少电网缺相损耗；如：要给电除尘器本体提供1.0A/72KV的电源即72KW的负载功率，采用单相电源的输入电流为：271A。一路缺相；采用三相电源的每相输入电流只有：114A。对电网无污染，无缺相损耗，是属于绿色环保设备；更适合做成电除尘电源的大功率输出，更能满足当前本体大型化的特点。
2、可直接节能25%以上，单相输出效率一般设计为：0.7。在实际使用单相的效率会更低一些；而三相的输出效率为：0.95。如果算上单相工作时电流缺相空损，实际节能效果近30%。
3、输出的二次电压平稳，峰值电压与有效值、平均值电压基本一致，在相同的击穿电压下，其二次输出平均电压可提高15%以上，电场的电流密度可提高一倍以上，即输出二次输出电流增加一倍；对于相同的负载，采用三相电源可比单相提高一倍以上的有效输出功率；有利提高一些电压电流偏低的应用场合的电晕功率，有利于克服高浓度粉尘的运行效果，从而提高除尘效率；对于新设计的本体可以减少收尘的比面积，降低除尘器总重量，减低成本。
三、三相电源的控制原理及技术特点
1、控制原理
主回路：采用三相分别反并联可控硅调压，变压器的初级采取星形接法（内置公共端），次级高压端分三相输出整流，然后并联成一路直流高压加到电除尘器。
操作控制回路：控制回路是一个带汉字显示的数字自动电压控制器，它能根据主回路上取样的一次电压/ 电流和整流变压器输出取样的二次电压/电流信号，输出六路可控硅移项触发脉冲，自动跟踪调节负载最高输出电压；当负载击穿发生闪络放电时，控制器自动跟踪封锁可控硅，并按设计升压速率，恢复正常供电；当负载发生永久性开路或短路时，控制器会自动跳闸保护，切断输出，显示故障类型。
2、技术特点
（1）高可靠光电隔离技术：模拟信号输入线性光电隔离，可抗击高达100VAC的瞬间冲击电压；可控硅触发输出光电隔离电压高达3000V；即插即用的RS485串口通讯高速光电隔离，以及隔离电源驱动模块；全面提高控制系统的可靠性和抗干扰性。
（2）超亮度汗字显示器：选用军用超亮度超高温自发光OLED点阵显示模块，满足超距离无视角观察显示数据；多字体格式、特种符号状态指示、友好人机交互界面、动态显示一次电压、一次电流、二次电压、二次电流、控制方式、控制特性、火花率、可控硅导通角、故障跳闸时指示过流、开路或短路等工况信息；按键锁屏和自动循环显示模式；最大程度地提高设备管理和控制水平。
（3）内置电子实时钟：上电开机显示当前日历时钟待命状态，并可通过按键调整时钟。
（4）高精度同步控制技术：采用高精度三相同步电路，保持三相输出尽可能地平衡，不平衡误差≤±20US（即千分之二），移相触发脉冲控制调节精度1US（即万分之一）；做到静态平衡与动态平衡相统一。
（5）动态浮动火花跟踪技术：采用软硬件组合浮动跟踪二次电流峰值，根据闪络冲击脉冲叠加在二次电流峰值的大小，系统会自动区分是高能量火花还是低能量火花。强制封锁和软件控制封锁相结合，有效地解决了三相除尘电源的关键技术问题。
（6）缺相和相序及其它保护功能：在三相触发控制器进线端设有缺相和相序保护继电器，当三相电源断相或相序与柜内控制不同步时，禁止系统上电启动，避免因缺相错相导致偏励磁，而造成设备损坏或其它安全事故。设备上电或复位键后，控制系统自动检测CPU各端口、RAM、EPROM、可控硅短路等，如出现错误会自动停止运行，并显示故障信息。电气运行情况能客观地反映出电除尘器的运行质量，不同的伏安特性曲线将反映出不同的工况，故障的伏安特性将表明负载的故障状态。
（7）远程遥控网络化管理功能：RS485串行通讯接口采用MODBUS通讯协议，可以与世界任何主流品牌的PLC和DCS直接交换数据；每一台三相高压电源的运行数据和控制参数既可以用MODBUS通讯协议直接上传给DCS上位机，也可以几个电场的高压数据先整合到低压控制系统的PLC内，采用参数表，由PLC自身的通讯接口（以太网或MODBUS）上传给上位机，上位机则通过PLC间接管理和调节控制每一台高压设备。
（8）历史数据查询：为了满足没有使用上位机的客户的需求，特别开发了这一实用功能，为客户提供了一个高压历史数据管理的经济的解决方案。数据库中的数据将自动保存三个月，过期的记录将自动清除，既保证了数据检索的效率，又能有效地节约系统资源。
四、三相电源的示范工程
从2006年5月起先后在平顶山市汇源铝业有限公司投用二台三相1.0A/72KV高压硅整流电源、中国铝业股份有限公司中州分公司投用九台三相1.0A/90KV高压硅整流电源、福建省梅岭火电厂投用一台三相0.6A/80KV高压硅整流电源，都取得了很好的效果。其中中国铝业股份有限公司中州分公司已于2006年9月对改装三相整流电源的电除尘器进行了检测，东、西两台电除尘器的出口粉尘排放浓度分别为57mg/Nm3和37mg/Nm3，除尘效率由原来的97.57%提高到99.8%，完全达到了环保的要求。
我们认为，三相整流电源能在不改动电除尘器本体的情况下提高除尘效率，因此，特别适合于大型老电除尘器的改造，从而具有广泛的应用前景。
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