静电除尘器三相高压电源技术的开发与应用

万 军，姚 元

（1济钢集团有限公司水文公司，山东 济南 250101；山东超越数控电子有限公司，山东 济南 250001）

节能减排

静电除尘器三相高压电源技术的开发与应用

万 军1，姚 元2

（1济钢集团有限公司水文公司，山东 济南 250101；山东超越数控电子有限公司，山东 济南 250001）

通过开发核心控制器，利用DSP控制器实现为电除尘器提供三相高压供电方式，应用降压振打控制技术，开发高效控制器软件系统等，设计开发了为静电除尘器供电的三相高压电源，明显提高了单项电源功率因数，有效提高电除尘器的平均电压，三相电源的转化率比现有设备提高24%。

静电除尘器；三相电源；高压；节电

1 前言

目前国内电除尘器的供电电源，基本采用常规的“脉动硬特性”电源，通常采用可控硅自动控制高压硅整流，由高压硅整流器、电抗器和可控硅自动控制系统组成或由高阻抗整流变压器和可控硅自动控制系统组成，使用220 V单相供电的高压电源。其缺点是电网不平衡、效率极低（能耗很大）、除尘效果差，没有降电压振打的功能，不能实现大幅度节能、降低振打频率、延长除尘器的机械寿命。为此，开发了为静电除尘器供电的三相高压电源。

2 三相电源技术开发与应用

2.1 开发核心控制器

设计并开发一套基于32位DSP数字信号处理器的核心控制器，其控制原理见图1。

图1 核心控制器控制原理

控制器主要完成数据采集、数据处理及各种控制和保护功能。控制器采集的信号包括一次电压、电流，二次电压、电流，温度信号，这些信号通过放大、滤波、多路选择等环节将信号传送至处理器，偏励磁等信号调整后也送入处理器。通过软件可以设定参数范围，当参数超限，控制器启动报警程序，输出的控制信号通过固态继电器控制可控硅导通角以及空气开关的关断。设计中断程序进行火花和过零检测[1]。

控制系统以DSP TMS320LF2407为核心，主要包括模拟量检测、晶闸管触发电路、键盘输入、液晶显示、CAN总线通信、火花检测和故障检测保护等[2]。现场检测到的一次和二次电压电流等模拟量，经模拟信号调理电路，进入DSP的A/D转换口，由DSP定时采样并完成A/D转换，DSP将A/D转换后数据与键盘设定参数进行比较和数字PID运算，由事件管理器EV完成PWM输出，经电平转换、光耦隔离、整形滤波后，输出0～5 V的调节信号给CA6100晶闸管触发板，使晶闸管输出移相范围在5°～175°可调，完成电源主电路三相交流调压部分的调节，进而实现静电除尘电源闭环控制。

与其他控制系统不同，可同时控制高压部分的可控硅和低压部分的可控硅，从而实现降压控制振打的功能，明显提高振打的效果。同时在粉尘比电阻较高的情况下，不仅能有效克服反电晕的产生，且在二次输出电压高、二次输出电流很低的工况下，显著提高作用于电场的有效电流。

基于DSP控制器的核心部分的设计制造，主要应用技术：火花控制特性、极限值控制特性、软启动控制特性、偏励磁检测及保护特性、更加准确快速的处理闪络。

2.2 实现三相高压供电方式

利用DSP控制器实现为电除尘器提供三相高压供电方式，并能方便实现从单相高压供电向三相高压供电方式平稳过渡的方案。采用三相高压供电的平衡方式，通过控制可控硅模块的导通状态，实施电压、电流、相角、磁通的平衡控制，实现合理的用电模式，有效提高电能转换效率。

三相输入的工频电源，经主回路的断路器和接触器，由三对双反并联的SCR模块调压，送至整流变升压整流（输入端为三角形接法，输出端为星形接法）后到负载，其余如降压振打等为辅助行功能。对于三相平衡供电，其电压、电流、磁通的大小相等，相位依次相差120°，任何时候电网都是平衡的，是最科学合理的用电模式[3]。三相高压电源采用完全相同的三相调压、三相升压、三相整流，其功率因数≥0.95，电网损耗小，三相高压电源能有效克服目前单相电源功率因数低（≤0.7）、缺相损耗大、电源利用率低的缺点。

三相电源控制器除了拥有最佳工作模式与最佳工作点控制特性外，还内置了RCQ和VCR，使其能在不同的负载情况下优化电除尘器的电气系统地运行，从而实现理想的收尘效率和节能效果。RCQ通过实时采集二次电流、电压的信号以及排放浓度，通过“基因优化”控制算法，选取合适的工作方式以及最佳输出点，以达到最优的控制模式。

2.3 应用降压振打控制技术

提高降压控制振打效率的关键在于电除尘器能够根据工作环境的不同合理调整参数，后级电场会自动调整运行参数，弥补前级电场由于降压振打造成粉尘二次飞扬问题。降压控制振打的最主要问题是在电压的降低而使电流急剧增大产生能源的浪费，根据积分斜率算法，设计PID调节电路，在保证除尘效率的前提下，自动调整导通角以减小低效电流的输出，进而使设备节能。

降压振打控制技术在钢铁烧结机机头电除尘器得到很好应用，主要工作为判断积灰到一定厚度→关闭电场力振打→清灰干净→减少反电晕；降压振打时，前后电场自动递进能量补偿，保证持续高效运行；烧结机负荷降低到60%执行清灰振打（清灰VCR）；降低振打频率数倍，延长除尘器机械寿命；在粉尘比电阻较高的情况下，能有效克服反电晕的产生；在二次输出电压高、二次输出电流很低的工况条件下，可显著提高作用于电场的有效电流。

2.4 开发高效控制器软件系统

开发电除尘器节能与优化控制管理软件，利用计算机对运行环境中的各种参数变化进行实时的跟踪控制，如各种烟气不同的稳定、灰尘成份、烟气流量等，兼顾除尘效率和供电能量，采用模糊控制技术、遗传算法、神经网络等优化技术，寻电压的最优值，使火花率保持适中，同时跟踪二次电压和二次电流的变化，自动控制最佳输出点，达到使除尘器电气系统运行的最佳状态，从而提高电除尘器的除尘效率和降低电除尘器的电能耗[4]。

电除尘高效控制器软件主要应用在工艺计算机管理系统，是电除尘器高低压供电装置等系统设备综合控制的核心，基于IFIX中文版或工控软件为开发平台，以微软SERVER2003sp4、SQLSERVER为系统和数据库平台，OPC底层数据库通讯支持，架构于TCP/IP快速工业以太网络，综合电除尘器高低压设备全面运行数据、浊度信号、烧结机负荷、压力、温度等参数进行记录、运算、关联、分析以及全自动控制，组成一个安全稳定、通讯快速、管理全面、功能先进的完备计算机管理系统。

3 结语

静电除尘应用三相高压电源技术后，系统运行稳定，单项电源明显提高了功率因数；在同工况、同烟气、同排放的条件下，电厂节能达到40%，冶金系统的应用节能效果更好[5]；可以有效提高电除尘器的平均电压，在含金属离子多的冶金烟气工况下尤为显著，有效地提高电除尘器的收尘效率；三相电源的转化率比现有设备高24%，输出（做功）功率相同时可以减少输入功率，提效的同时更加节能。

[1]冯国俊，陈忱，李兵磊.新型绕流式电除尘器结构及机理分析[J].现代矿业，2009（6）：70-72.

[2]陈旺生，邹霖，党太升，等.泛比电阻电除尘器伏安特性的理论及实验研究[J].环境科学与技术，2005（6）：31-33,116.

[3]郝吉明，贺克斌，晁红勋.电除尘器数学模型的研究[J].清华大学学报（自然科学版），1989（3）：95-104.

[4]刘松涛，胡满银，李立锋，等.电除尘器反电晕现象的模拟试验研究[J].工业安全与环保，2004（10）：23-25.

[5]杨柏.燃煤电厂电除尘器的有效控制[J].广东电力，2006（1）：65-67.

Development and Application of Three Phase High Voltage Power Supply for Electrostatic Precipitator

WAN Jun1,YAO Yuan2
（1 Hydrology Corporation of Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250101,China; 2 Shandong Chaoyue Digital Control Electronicy Co.,Ltd.,Jinan 250001,China）

By means of the development of the core controller,the efficient controller software system was developed by using the DSP controller to provide three-phase high voltage power supply for electrostatic precipitator,apply the control technology of antihypertensive vibration.Application and development of the electrostatic precipitator power supply of three-phase high voltage power supply,which significantly improved the single power factor,effectively improved the average voltage of the electrostatic precipitator,the three-phase power conversion rate is improved 24%higher than that of the existing equipment.

electrostatic precipitator;three-phase power supply;high voltage;power saving

TM41

B

1004-4620（2015）04-0048-02

2015-04-29

万军，男，1972年生，1995年毕业于长春工程学院电气自动化专业。现为济钢集团有限公司水文公司综合管理部科长，工程师，从事除尘器设计、制造、安装管理工作。