微机式电除尘装置的研制

[摘要]介绍一种高压静电除尘微机控制系统的设计。该控制系统以DSP单片机为核心,配以信号输入调理电路,控制输出电路,参数显示和故障检测指示电路以及保护电路,控制触发脉冲的输出,以调节可控硅的导通角,达到对除尘器电极间电压的调节。

[关键词]DSP 静电除尘 火花鉴别

中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0810034-01

一、引言

随着工业水平的提高,烟尘的排放也越来越严重。电除尘是近年来最主要的除尘方式,而电除尘器效率的提高可以降低能耗,有效地保护环境,节约成本和维修费用。本文依据静电除尘的基本原理,介绍了一种高压静电除尘微机控制系统的设计,它是整个静电除尘器的重要组成部分。由于工业烟气在高压电场下会发生电离,形成带正(负)电荷的正(负)离子,这些离子与粉尘微粒发生碰撞,使得粉尘荷电,当烟气通过除尘器时,这些微粒将吸附在除尘器的正极板或者负极板上,这样便达到了收尘的效果[1]。该控制系统以DSP单片机为核心,通过微机控制高压静电除尘用整流设备,配以信号输入调理电路,克服原有方式下欠电压、超电压、收尘差、导致火花击穿、电晕电流难以控制、影响除尘效果的缺点。系统具有良好的控制特性,可靠性高,功能完善,使用方便,维护简单,性能更加先进、完整、可靠和实用。

二、设计中需处理的几个问题

(一)模拟信号的处理。电除尘器微机控制的首要问题就是摸拟量的采集和抟换。摸拟量的主要来源就是一次电流,一次电压,二次电流,二次电压微机控制器不仅仅是测量这几个讯号的大小,关键在于检测电流电压信号的突变(火花信号)。电除尘器大都希望有最高的运行电压,但最高电压又受极间距和粉尘特性等因素的限制。所以要达到最高运行电压,就要有理想的击穿电压检测手段和火花响应方法。所谓“理想检测”就是指无论电场变化多大,在什么位置什么时间击穿,都不能出现漏检和误检,漏检会出现连续冲击电流造成拉弧,误检也就是通常说的假闪,假闪会使输出电压降低。这两种现象会造成除尘器的危害,甚至误认为是本体的原因。要实现“理想检测”,就必须对火花的强度进行定量的检测和分析:

1.通过硬件软件结合的办法,根据火花的幅度和宽度换算成火花能量,然后区分高能量火花和低能量火花。

2.利用计算机检测跟踪反馈信号的峰值,然后在以一定倍数的基准电平与反馈信号的峰值进行比较,实现每一个半波闭环跟踪检测。当一个高的火花放电尖峰出现,比较器输出一个火花中断脉冲,调用火花中断程序来分析火花的能量,并作为响应的依据。

(二)触发脉冲的处理。采用定时器用软件生成移相触发脉冲,控制精度设计为1微秒,来保证输出的线性度。控制器的可靠性和稳定性主要取决于触发脉冲,为彻底避免失控现象,必须保证触发脉冲的绝对可靠。用软件封锁火花放电,负载过流,负载短路,负载开路,偏励磁,可控硅短路等情况的输出。

(三)火花放电的响应[2]。在电除尘器电场中粉尘介质产生火花放电击穿后,其绝缘强度有一定的恢复时间,恢复时间与火花放电能量有密切关系。而且不同介质可以用不同的恢复曲线来描述。高能量火花关断可控硅,低能量火花不关断可控硅只减小导通角。响应跟踪曲线采用拨码开关,分别设定火花后恢复的初始值,快上升速率,快上升峰值,慢上升速率,以及恢复到上一次击穿点后逼近电流额定值的速率。数字量处理,可实现最佳响应跟踪曲线。

(四)通讯功能。微机控制是一种智能设备,控制系统上设计有RS232通讯接口,可以与上位机实现通讯,以实现

对除尘器的实时监控,得到集中管理分散控制的目的。

三、硬件系统结构

装置采用TMS320VC33为核心,构成一个通过控制可控硅导通角,达到控制高压硅整流变压器二次输出电压的闭环控制系统。

硬件系统模块化,主要有CPU模块,信号采样转换模块、开入开出模块、通讯管理模块、电源模块等。在本装置中,各个模块的分工明确,具体如下:

1.电源模块采用具有高可靠性的开关电源,具有失电报警和短路保护功能。

2.CPU模块是装置的核心部件,完成数据采集,逻辑判断,过程控制,运行管理,人机对话等功能。DSP有运算速度快,擅长数字信号处理的优点,有效保证了微机保护的选择性,速动性,可靠性和故障录波功能。

3.信号采样转换模块完成交流信号和直流信号的取样,并转换成计算机所需的弱电信号,交流回路采取变换器隔离,直流回路利用具有隔离性能的高灵敏度、高精度的霍尔传感器作为取样原件。

4.同步触发模块产生与电网频率相同的同步中断信号和提供控制可控硅的PWM触发脉冲,并具有硬件一次过电流保护功能。

5.逻辑单元用于操作出口,连锁,报警及故障跳闸等功能。

四、软件系统设计

保护软件的设计是装置的核心,由主程序和中断程序(包括采样中断和同步中断)等部分组成。数字信号处理的算法,对于一次侧电流电压采用有效值算法,二次侧脉动直流量采用平均值算法,以每周波32点的采样频率来保证计算精度与火花鉴别能力。

(一)主程序设计。主程序主要完成硬件、软件初始化,上电自检和主循环程序。主循环程序是一个不断循环的程序模块,主要进行测量计算、控制方式设置、参数显示、定值整定和通讯处理等任务,并不断的被定时中断打断。[3]

(二)定时采样中断程序。定时采样中断采用每周波32点采样。在中断中进行保存采样值和通讯数据收发,控制功能判断等。进入采样中断程序后,首先关中断,然后进行A/D转换,保存采样值和通讯数据收发;然后进行递推计算方法以保证数据的实时性,任务结束后返回主程序。

(三)同步中断。DSP以高速输入中断方式对电厂供电电压进行同步调节,调节周期为10ms。分手动调节和自动调节两种方式,在自动方式中有五种控制方式,可以在线切换设置以适应不同的工况。

五、结论

本产品根据火花发生时电流电压的变化规律,采用模糊控制技术[4]进行火花强弱的鉴别和控制可控硅导通角的大小,火花闪络时不封锁可控硅,因此大大提高了电除尘的除尘效率和产品使用寿命,DSP的高效率计算能力使控制过程更加完善、灵敏、可靠。在现场应用中得到了满意的效果。

参考文献:

[1]林波,“减功率振打”在电除尘器中的应用,电世界,2006,47(4):27.

[2]胡志光,电除尘器运行及维修,北京:中国电力出版社,2004.

[3]杨新民、杨隽琳,电力系统微机保护培训教材,北京:中国电力出版社,2000.

[4]周新林、张继和、张晓娟,基于DSP的快速模糊控制器,电气时代,2005,12:98-99.

作者简介:

颜丙霞(1972-),女,汉族,黑龙江人,本科学历,工程师,就职于阿城继电器股份公司继电器分公司,主要研究方向:电力系统自动化。