高頻電源在火電廠電除塵上的改造與節能分析

楊棟先，歐陽普

（華電國際電力股份有限公司鄒縣發電廠，山東 濟寧 273522）

1 工程簡介

華電國際鄒縣發電廠#1爐電除塵一電場共4臺高頻電源，為福建龍凈公司第一代高頻電源，投產于2009年，現已運行10余年。電除塵高頻電源布置于電除塵本體頂部，工作環境較為惡劣，存在缺陷率高（2020上半年發生故障12次）、可靠性差以及維護費用高等問題。高頻電源安裝于除塵器一電場，其投運率直接影響電除塵器除塵效率，并且高頻電源柜內部控制板和電容等電氣元器件較多，電氣元器件老化嚴重，已接近使用壽命，導致原高頻電源故障頻發，嚴重影響除塵系統的穩定運行。高頻電源安裝于除塵器一電場，其投運率直接影響電除塵器的除塵效率[1-4]。

2 項目改造

2.1 高頻電源更換改造

本項目在#1機組大修期間，對#1爐電除塵一電場高頻電源進行更換改造，以提高機組運行可靠系數。此項工作主要包括4臺高頻整流變壓器的更換、4臺整流變控制柜的更換、相應一二次電源接口的完善以及系統調試等工作。結合#1機組大修進行一電場高頻電源升級改造工作，高頻電源由福建龍凈公司一代產品升級為五代產品，型號為GGYAj-STR05-1.0A/72 kV。

2.2 工作原理

高頻電源工作原理如圖1所示，通過對工頻三相交流電源進行整流，將其整流為直流電源，通過變換器實現直流到高頻交流電源的轉換。高頻整流變壓器實現升壓和二次整流，輸出直流負高壓，為ESP供電。

2.3 技術特點

一是第五代STR05系列防護型高頻電源采用機柜熱交換器密封式散熱技術和軍用電氣設備三防工藝處理措施，能夠適用于高溫、高壓以及易腐蝕等惡劣環境。二是采用疊層母排技術，技術先進，同時采用熱阻極小且傳導率高的熱管散熱器技術，保障了IGBT器件的可靠穩定運行。三是人機界面友好，可采用手持式終端設置啟停按鈕和電壓電流表等人機接口以方便直觀地監視設備的重要參數，并且手持式終端即可實現高頻電源參數的設定和修改。四是具備遠程監控和協同控制功能，與標準的Modbus、Profibus協議通信設施能夠通用。五是工況適應能力強，純直流供電的輸出紋波小，間歇供電時間歇比任意可調的特點，能給電除塵器提供從純直流到脈動幅度很大的各種電壓波形，能夠針對不同的工況狀態提供最合適的電壓波形，有效實現除塵器的高效節能。六是高頻電源采用串聯諧振變換器具有恒流特性，能夠實現對電場火花電流沖擊的有效抑制，火花閃絡響應時間控制在20～50 μs內，火花能夠迅速熄滅并且快速實現電場能量恢復[5-7]。

2.4 改造其他注意事項

首先，班組充分利用設備升級換代這一契機，積極組織開展技術培訓，不斷加強對新技術和新工藝的學習，提升自身的業務水平和檢修技能。期間，邀請廠家技術人員授課兩次，組織班組內部技術分享交流兩次，大力提升了班組人員對于高頻電源的檢修維護水平。其次，定期清掃檢查#1爐電除塵高頻電源，定期清掃濾網，保證IGBT散熱片和通風口等各濾網無堵塞，檢查高頻電源各風扇運轉正常，測量各高頻電源元器件無異常發熱現象。本季度#1爐電除塵高頻電源運行較穩定，未發生跳閘等缺陷。再次，結合設備迎峰度夏工作，面對即將到來的高溫天氣，在高頻電源處制作加裝防曬網，進一步保障高頻電源的穩定運行。最后，做好電除塵高頻電源備品管理，加強高頻電源設備定期工作的執行，發現異常及時處理，同時加強高頻電源培訓工作，保障電除塵高頻電源可靠穩定運行[8]。

3 改造全過程管控

3.1 設備驗收情況

高頻電源裝置驗收合格，各項質量證明材料齊全。取油樣進行耐壓試驗及色譜分析，耐壓及色譜分析均合格。檢查高頻電源裝置各螺栓壓接牢固。新高頻電源裝置型號為GGYAj-STR05-1.0A/72 kV，額定交流電壓為380 V，額定交流電流為132 A，額定輸出電壓為72 kV，額定輸出電流為1.0 A，福建龍凈環保器材生產。

3.2 主要檢修工序

拆除4臺舊高頻電源裝置，各電纜做好標記，原位置安裝新高頻電源裝置4臺，各高頻電源裝置安裝固定牢固，并與原隔離開關箱完好對接。高頻電源裝置供電電源不變，動力電纜及控制電纜利舊，按線號恢復并牢固壓接各接線。高頻電源送電調試，各高頻電源就地和遠控啟停正常，各參數調節功能正常[9]。

3.3 改造工期及質量控制

本檢修工作嚴格按照檢修網絡工期進行控制，12月20日原高頻電源裝置拆除完畢，12月25日高頻電源到貨驗收，1月3日高頻電源裝置整體安裝完畢，后續調試正常，確保了工程進度。同時施工過程嚴格按照工序質量要求進行，共設置W點3個，H點4個，嚴格執行各項質量驗收的規定，各質檢點均驗收合格，確保了本項目的檢修質量。

4 改造節能效果測試

4.1 節電率計算方法

節電率測試通過統計一定統計時間內靜電除塵器的累積耗電量，根據統計電量計算單位時間用電單耗，以單位時間耗電量進行對比，分析改造前后的節電效果。節電率的計算如下：

式中，S單相為改造之前的單位時間用電單耗，單位為kW；S三項為改造之后的單位時間用電單耗，單位為kW。

4.2 數據的檢測和統計

改造前，統計除塵器在135 MW負荷下工作6 h，累計耗電量2 932 kW·h，單位時間耗電量S單相=488.7 kW。期間同時測量了除塵器出口粉塵平均濃度為112 mg/Nmj。改造后，在機組相同負荷條件下測試6 h，累計耗電量為892 kW·h，單位時間耗電量S三項=148.7 kW，測試時間段內除塵器出口平均粉塵濃度約為79 mg/Nmj。

高頻電源應用之后的節電率為：

高頻電源應用之后除塵效率提高：

改造前后135 MW工況下靜電除塵器用電單耗與除塵效率對比如表1所示。

表1 改造前后靜電除塵器用電單耗與除塵效率對比表

5 改造效果分析

將#1電除塵高頻電源電控部分改造后，年故障率顯著降低，2018年發生故障26次，2019年發生故障28次，2020年上半年發生故障12次，改造后至今未發生高頻電源故障停運，由于故障率降低減少的維護費用為3.0×105元/年。升級改造#1爐除塵器高頻電源，設備可靠性提高，增強了電源的節能效果，實現節電69.6%，除塵效率提高29.5%[10-14]。

6 結 論

華電國際鄒縣發電廠#1爐電除塵一電場共4臺高頻電源升級改造后，電除塵運行穩定可靠，效果顯著。第三方性能測試得出如下結論：一是用電單耗由488.7 kW降為148.7 kW，取得了很好的節能效果，平均節電率改善69.6%；二是電除塵出口濃度由112 mg/Nmj降低為79 mg/Nmj，平均除塵效率顯著提高，實現粉塵排放量降低29.5%。