電除塵用高壓恒流電源

摘 要：本文介紹了電除塵高壓恒流電源的特點、工作原理及恒流電源除塵技術的組成和應用。由于濕電除塵器需要一種特殊行業的電源，本文介紹了一種適合濕電除塵器上用不怕短路的電除塵器高壓恒流電源，能滿足多種濕電除塵器如管式濕電除塵、板式濕電除塵等多種電除塵的要求。

關鍵詞：電除塵器；高壓脈沖電源；除塵效率；恒流電源

國際能源署根據當前的技術發展情況分別制定了2020年及2030年的燃煤電廠污染物排放目標：2020 年目標，煙塵為1～5mg/m3，NOX 為30mg/m3，SOX為25mg/m3；2030 年目標，煙塵<1mg/m3，NOX<10mg/m3，SOX<10mg/m3。根據國家科技部發布的國家重點研發計劃試點專項2016 年度第一批項目中“大氣污染成因與控制技術研究”試點專項“污染源全過程控制技術”技術方向，項目“燃煤電站低成本超低排放控制技術及規模裝備”中，也明確將超超低排放（在燃燒天然氣排放標準基礎上SO2、NOX、SO3、粉塵、重金屬等污染物排放濃度進一步降低50%）作為考核指標之一，未來燃煤電廠可能將實行更嚴格的排放要求。將迎來電力除塵行業新的市場增長點。

直流電源是電除塵器實現節能的關鍵部件之一，被業內一致認為是新一代供電電源的發展方向。由干法除塵器無法滿足現在國家對大氣污染排放要求，2010年后就開始進行電除塵器低低溫改造項目，在低低溫改造項目過程中需要增加一段濕塵除塵器，濕法除塵器需要種特殊電源——恒流電源。

一、恒流電源簡介

恒流高壓直流電源簡稱“恒流源”，它其實是一種“電流源”即電源輸出電流的大小與負載的大小無關，其主控量是“電流”。該電源應用在電除塵器上，與“電壓源”相比具備很多優點：其一是該電源在電除塵器上的供電特性呈“正反饋”工作，即電源輸出電功率大小與除塵器所需電功率大小成正比關系；如當除塵器某時刻粉塵濃度變大，要除塵器保持除塵效率不變則需要給除塵器供電的高壓電源在該時刻同步增大輸出功率；正由于恒流源輸出電流恒定，而輸出電壓隨負載大小變化而變化，當粉塵濃度變大時，則恒流電源輸出電壓也同步增大，所反應在除塵器上即電源輸出電功率是同步增大。而正是由于恒流電源對除塵器來說是正反饋工作，所以該電源適應工況能力強，運行穩定，且能長期保持高沉積效率。其二是該電源輸出波形無畸變（該電源主要采用L-C-L回路來實現由電壓源到電流源的變換），能提高除塵器的運行電壓、電流水平，提高除塵器的工作效率；由于除塵器機械特性（極間距、極線形式、極板形式等）在除塵器安裝好后是一定的，則對該除塵器來說無能采用何種電源其擊穿電壓（峰值電壓）也是一定的，在同樣的峰值電壓下，那么輸出波形無畸變的電源相對于波形有畸變的電源來說其工作電壓（平均電壓）肯定要高些。其三是該電源由于是一種電流源，故能承受瞬態、穩態的短路情況；且采用模塊式并聯結構，其可靠性更高，操作簡單、維修方便。

二、高壓恒流電源主要研究內容

1.恒流電源主回路設計技術研究

恒流源主要回路由可控硅調壓部分、LCL諧振部分、開路保護部分、變壓器部分等組成。其中可控硅調壓部分主要由兩只單相可控硅組成，可通過調節可控硅的導通角調節一次側輸入電壓的大?。?～380VAC）；LCC諧振部分主要由電感L、電容C、電感L與變壓器輸入端組成LCL諧振電路；開路保護電路主回路由單相整流橋D1、電壓BL1、一只單相可控硅SCR1組成，當保護電路檢測到a、b兩點電壓超過設定值時，及時觸發單相可控硅SCR1，使主回路電流輸入過大，控制器保護引起前端斷路器跳閘從而保護恒流源變壓器損壞；變壓器部分通過高壓升壓、整流后，最終輸出直流高壓通過阻尼電阻、高壓隔離開關柜與本體電場相連。

2.恒流電源控制器軟硬件設計，其中硬件設計包括微處理模塊、信號調理模塊、通訊模塊等；軟件設計包括uC/0S-‖移植以及程序結構設計

由于高壓電源的電壓、電流很高，導致功率開關器件輸出電流比較大，能耗增大，這就對元器件的要求應有所選擇。采用調壓調幅技術，可有效降低伴隨諧振部分帶來的損耗。同時采用開路保護電路，使輸出的電壓超過設定值后，起到保護主要元器件和變壓器的作用；與此同時需要有高速多核CPU通過特定電除塵行業的算法相結合。另外由于電除塵行業現場信號干擾大的特點，所有模擬電路、數字電路全采用了光電隔離技術，使外部干擾對控制部分的干擾降到最低。同時為了滿足現場有不同主機對同一控制器監控操作數據的要求，采用了特定芯片，可同時支持5臺主機同時監控一個高壓控制系統功能。

3.開路保護電路設計

開路保護電路由開路保護電路主回路和開路保護電路控制部分兩部分組成。其中開路保護電路主回路由單相整流橋D1、電壓BL1、一只單相可控硅SCR1組成；開路保護電路控制部分由可控硅觸發續流電路和電壓檢測電路組成。電壓檢測電路a、b輸入電壓達到設定值后觸發可控硅Q1單相導通，主回路一次電流瞬間增大。當主控制系統檢測到輸入電流瞬間增大后，及時斷開前級主回路斷路器并顯示報警故障信號。

通過新的電源理論、新型模塊化電路、新型電子器件等，以滿足恒流電源設備小型化、高效化和高性能化的時代發展要求。保證恒流電源的運行穩定、可靠性高，能長期保護沉積效率，能承受瞬態及穩態短路。采用并聯模塊化的設計，檢修方便，電源故障率低。提高恒流電源功率因素，不隨工況變化而變化，體現節電效果。提高輸入和輸出的波形的完整性，以減小對電網的干擾。恒流電源的高運行電壓，能夠抑制放電，并對機械缺陷有一定惰性。

三、高壓恒流電源關鍵技術

1.恒流電源L-C-L諧振網線設計

主回路通過單相交流電壓經雙向可控硅后，通過調節輸入電壓的大小，再通過n組的LCL并聯諧振網線設計并與高壓整流變壓器的原邊一起構成回路，最終輸出可調的二次電壓和二次電流。其特點在于由n組的LCL并聯諧振組成的網線設計。

2.恒流電源開路保護電路

主回路在輸入變壓器之前，加入檢測兩輸入端a、b的電壓的大小，通過開路保護電路的控制部分，當a、b兩端的電壓大于設定值電壓時，觸發主回路中的單相可控硅D1導通，從而形成主回路中電流瞬間增大，控制器檢測到電流瞬間增大后，斷開主回路中的主斷路器，并報警，從而實現了保護變壓器的目的。

參考文獻：

[1]《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223-2011）

[2]《電除塵器性能測試方法》（GB/T 13931-2002）

[3]《變壓器》（JB/T4276）

作者簡介：

陳軍律，單位浙江連成環保科技有限公司，工程師。