高频电源在火电厂电除尘上的改造与节能分析

杨栋先，欧阳普

（华电国际电力股份有限公司邹县发电厂，山东 济宁 273522）

1 工程简介

华电国际邹县发电厂#1炉电除尘一电场共4台高频电源，为福建龙净公司第一代高频电源，投产于2009年，现已运行10余年。电除尘高频电源布置于电除尘本体顶部，工作环境较为恶劣，存在缺陷率高（2020上半年发生故障12次）、可靠性差以及维护费用高等问题。高频电源安装于除尘器一电场，其投运率直接影响电除尘器除尘效率，并且高频电源柜内部控制板和电容等电气元器件较多，电气元器件老化严重，已接近使用寿命，导致原高频电源故障频发，严重影响除尘系统的稳定运行。高频电源安装于除尘器一电场，其投运率直接影响电除尘器的除尘效率[1-4]。

2 项目改造

2.1 高频电源更换改造

本项目在#1机组大修期间，对#1炉电除尘一电场高频电源进行更换改造，以提高机组运行可靠系数。此项工作主要包括4台高频整流变压器的更换、4台整流变控制柜的更换、相应一二次电源接口的完善以及系统调试等工作。结合#1机组大修进行一电场高频电源升级改造工作，高频电源由福建龙净公司一代产品升级为五代产品，型号为GGYAj-STR05-1.0A/72 kV。

2.2 工作原理

高频电源工作原理如图1所示，通过对工频三相交流电源进行整流，将其整流为直流电源，通过变换器实现直流到高频交流电源的转换。高频整流变压器实现升压和二次整流，输出直流负高压，为ESP供电。

2.3 技术特点

一是第五代STR05系列防护型高频电源采用机柜热交换器密封式散热技术和军用电气设备三防工艺处理措施，能够适用于高温、高压以及易腐蚀等恶劣环境。二是采用叠层母排技术，技术先进，同时采用热阻极小且传导率高的热管散热器技术，保障了IGBT器件的可靠稳定运行。三是人机界面友好，可采用手持式终端设置启停按钮和电压电流表等人机接口以方便直观地监视设备的重要参数，并且手持式终端即可实现高频电源参数的设定和修改。四是具备远程监控和协同控制功能，与标准的Modbus、Profibus协议通信设施能够通用。五是工况适应能力强，纯直流供电的输出纹波小，间歇供电时间歇比任意可调的特点，能给电除尘器提供从纯直流到脉动幅度很大的各种电压波形，能够针对不同的工况状态提供最合适的电压波形，有效实现除尘器的高效节能。六是高频电源采用串联谐振变换器具有恒流特性，能够实现对电场火花电流冲击的有效抑制，火花闪络响应时间控制在20～50 μs内，火花能够迅速熄灭并且快速实现电场能量恢复[5-7]。

2.4 改造其他注意事项

首先，班组充分利用设备升级换代这一契机，积极组织开展技术培训，不断加强对新技术和新工艺的学习，提升自身的业务水平和检修技能。期间，邀请厂家技术人员授课两次，组织班组内部技术分享交流两次，大力提升了班组人员对于高频电源的检修维护水平。其次，定期清扫检查#1炉电除尘高频电源，定期清扫滤网，保证IGBT散热片和通风口等各滤网无堵塞，检查高频电源各风扇运转正常，测量各高频电源元器件无异常发热现象。本季度#1炉电除尘高频电源运行较稳定，未发生跳闸等缺陷。再次，结合设备迎峰度夏工作，面对即将到来的高温天气，在高频电源处制作加装防晒网，进一步保障高频电源的稳定运行。最后，做好电除尘高频电源备品管理，加强高频电源设备定期工作的执行，发现异常及时处理，同时加强高频电源培训工作，保障电除尘高频电源可靠稳定运行[8]。

3 改造全过程管控

3.1 设备验收情况

高频电源装置验收合格，各项质量证明材料齐全。取油样进行耐压试验及色谱分析，耐压及色谱分析均合格。检查高频电源装置各螺栓压接牢固。新高频电源装置型号为GGYAj-STR05-1.0A/72 kV，额定交流电压为380 V，额定交流电流为132 A，额定输出电压为72 kV，额定输出电流为1.0 A，福建龙净环保器材生产。

3.2 主要检修工序

拆除4台旧高频电源装置，各电缆做好标记，原位置安装新高频电源装置4台，各高频电源装置安装固定牢固，并与原隔离开关箱完好对接。高频电源装置供电电源不变，动力电缆及控制电缆利旧，按线号恢复并牢固压接各接线。高频电源送电调试，各高频电源就地和远控启停正常，各参数调节功能正常[9]。

3.3 改造工期及质量控制

本检修工作严格按照检修网络工期进行控制，12月20日原高频电源装置拆除完毕，12月25日高频电源到货验收，1月3日高频电源装置整体安装完毕，后续调试正常，确保了工程进度。同时施工过程严格按照工序质量要求进行，共设置W点3个，H点4个，严格执行各项质量验收的规定，各质检点均验收合格，确保了本项目的检修质量。

4 改造节能效果测试

4.1 节电率计算方法

节电率测试通过统计一定统计时间内静电除尘器的累积耗电量，根据统计电量计算单位时间用电单耗，以单位时间耗电量进行对比，分析改造前后的节电效果。节电率的计算如下：

式中，S单相为改造之前的单位时间用电单耗，单位为kW；S三项为改造之后的单位时间用电单耗，单位为kW。

4.2 数据的检测和统计

改造前，统计除尘器在135 MW负荷下工作6 h，累计耗电量2 932 kW·h，单位时间耗电量S单相=488.7 kW。期间同时测量了除尘器出口粉尘平均浓度为112 mg/Nmj。改造后，在机组相同负荷条件下测试6 h，累计耗电量为892 kW·h，单位时间耗电量S三项=148.7 kW，测试时间段内除尘器出口平均粉尘浓度约为79 mg/Nmj。

高频电源应用之后的节电率为：

高频电源应用之后除尘效率提高：

改造前后135 MW工况下静电除尘器用电单耗与除尘效率对比如表1所示。

表1 改造前后静电除尘器用电单耗与除尘效率对比表

5 改造效果分析

将#1电除尘高频电源电控部分改造后，年故障率显著降低，2018年发生故障26次，2019年发生故障28次，2020年上半年发生故障12次，改造后至今未发生高频电源故障停运，由于故障率降低减少的维护费用为3.0×105元/年。升级改造#1炉除尘器高频电源，设备可靠性提高，增强了电源的节能效果，实现节电69.6%，除尘效率提高29.5%[10-14]。

6 结 论

华电国际邹县发电厂#1炉电除尘一电场共4台高频电源升级改造后，电除尘运行稳定可靠，效果显著。第三方性能测试得出如下结论：一是用电单耗由488.7 kW降为148.7 kW，取得了很好的节能效果，平均节电率改善69.6%；二是电除尘出口浓度由112 mg/Nmj降低为79 mg/Nmj，平均除尘效率显著提高，实现粉尘排放量降低29.5%。