電除塵器接地故障處理方法探討

潘武平，謝續文，高 誠

（太鋼能源動力總廠，山西太原 030003）

前言

太鋼能源動力總廠擁有2臺300 MW發電機組，裝機容量為600 MW，每臺鍋爐配有2臺雙室五電場靜電除塵器。電除塵器在運行中，一旦出現本體內部短路，將會造成故障電場停運，除塵效率降低。而在運行情況下，由于內部處于高溫、高電場環境中，幾乎不可能進入電場內進行檢查、維修，從而無法根治缺陷；并且電除塵器由于受高溫、SO2氣體腐蝕以及積灰太多等各種因素影響，無法長時期工作，嚴重影響發電機長期運行。如何在運行中消除電除塵器內部短路，確保電除塵器正常高效運行，就自然而然地擺在了我們面前。

1 電除塵器工作原理

電除塵器是一種煙氣凈化設備，工作原理是：煙氣中灰塵塵粒通過高壓靜電場時，與電極間的正負離子和電子發生碰撞而荷電（或在離子擴散運動中荷電），荷電塵粒在電場力的作用下向異性電極運動并積附在異性電極上，通過振打等方式使電極上的灰塵落入收集灰斗中，使通過電除塵器的煙氣得到凈化，達到保護大氣，保護環境的目的。電除塵工作原理見圖1所示。

圖1 電除塵工作原理圖

2 電除塵螺旋線斷線分析

電除塵螺旋線斷線形式有多種，但螺旋線斷線多發生在頂部和底部（中下部），正中部位斷線極少，一般有這2種情況：（1）當斷線發生在頂部（中上部）時，由于極線自重，會自然倒向陽極板，形成電場內部完全短路；（2）當斷線發生在底部形成電場內部不完全短路，當電場運行時，斷線受電場力的吸力倒向極板，造成電場短路報警。

造成螺旋線斷線的原因主要螺旋線安裝存在質量問題，如：螺旋線局部應力集中、螺旋線疲勞斷損、螺旋線受放電拉弧造成的斷線和螺旋線受煙氣腐蝕的影響造成斷線等。而我廠300 MW 發電機組電除塵螺旋線斷線，造成短路接地故障的主要原因有以下幾種：

（1）螺旋線由于長時間運行，老化造成斷線

電除塵運行時內部溫度高，陰極電暈線受熱膨脹，當機組停運停止向電除塵器送入高溫煙氣時，由于螺旋線斷面積較小，其熱容量亦小，冷卻收縮速度快；而框架構件截面積較大，熱容量相應較大，冷卻收縮卻慢得多，由于螺旋線受拉并因此產生相當大的拉伸應力，致使螺旋線形成伸縮現象，電除塵器隨機組開、停機越頻繁，螺旋線拉伸次數越多，當超過螺旋線的屈伸極限時即斷線。同時煙氣中含有大量的粉塵運行及腐蝕性氣體，如SO2，在運行中對螺旋線造成磨損及腐蝕，降低了螺旋線的強度，造成螺旋線長時間運行后斷線。

（2）螺旋線本身存在斷線隱患

螺旋線在生產過程中進行機械加工的主要部分在掛鉤處，如果在加工過程中施工的機械力過大，就會在掛鉤處產生傷痕，為螺旋線斷線留下隱患。在安裝過程中要求對螺旋線進行全面檢查，發現有缺陷的要取出不能安裝；但由于需要安裝的螺旋線數量極大，超過兩萬根，安裝人員不可能做到全部檢查一遍，就可能將存在傷痕的螺旋線安裝在電除塵上。

（3）在安裝過程中由于施工不當造成斷線

在安裝電除塵器時，要求使用專用工具進行螺旋線安裝，可以減少螺旋線拉伸過程中產生的螺旋回力，使螺旋線安裝后受到的拉伸力在垂直方向，但安裝人員在實際操作中為加快安裝進度，采用直接拉直懸掛的方法，使螺旋線的螺旋回力集中在掛鉤部分，產生應力集中的問題，在這個集中部位就容易產生斷線。

（4）螺旋線擺動，疲勞斷線

在電除塵器運行中，由于煙氣的流動施加在螺旋線上一個推力，但煙氣流速是隨時變化的，造成了推力時大時小，因此螺旋線就會隨煙氣流動不斷擺動。為清理陰極積灰，電除塵的陰極振打系統需要按周期振打陰極框架，這樣就會造成螺旋線的來回擺動，兩個擺動的疊加就會激發螺旋線產生較大的振幅，越靠近振打系統的螺旋線，其運行中的振幅就越大。如果螺旋線根部存在加工缺陷或應力集中時，隨著螺旋線擺動次數的增加，在缺陷處或應力集中部就會達到疲勞極限，造成螺旋線斷線。

3 電除塵本體內部故障致電場無法升壓的故障分析

3.1 實接地，造成電場輸出電壓為零，報短路故障

電除塵運行時，三至五電場電暈線，即螺旋線因安裝質量不好、螺旋線局部應力集中、疲勞斷損、受放電拉弧影響、煙氣中SO2腐蝕造成螺旋線斷線。斷線后的螺旋線，一部分脫落，一部分還掛在陰極上，另一端搭接在陽極板上造成實接地；或斷線瞬間，電弧放電，螺旋線焊粘在陽極板上，造成實接地。

3.2 不完全實接地，但電場輸出電壓為零，報短路故障

電除塵運行時，斷線的螺旋線底下一部分脫落、懸掛在陰極上，懸掛的螺旋線并不與陽極板相連，但螺旋線斷線時，因受力等原因使懸掛的螺旋線變形，并具有一定長度，螺旋線只要受到外力，就產生擺動。剛開始電壓較低時，還能產生微量電壓，等電壓升到一定程度的時候，瞬時電壓變零，最后報短路故障。主要是陰極和陽極分別帶負電和正電，異性電荷相互吸引，當電壓升高一點后，陰極和陽極上積有足夠電荷，能將斷線懸掛在陰極上的螺旋線吸引過來，造成短路接地。

3.3 不接地，但電場輸出電壓很小

電場輸出電壓在1～5 kV，或在較低范圍內擺動，最后仍然報短路故障。

3.4 不接地，但電場輸出電壓偏小

電場輸出電壓在5～25 kV，或在很低范圍內擺動，最后仍然報短路故障。

3.5 不接地，但電場輸出電壓達不到額定電壓

電場輸出電壓達25 kV 以上，電場能持續運行，但除塵效果不好。

后3類故障原因基本相同，螺旋線斷線，底下一部分脫落，懸掛在陰極上，與陽極板隔有一定的距離，但螺旋線仍然具有一定的機械強度，煙氣流速或電荷力吸引，并不能使螺旋線擺動與陽極板接觸，電場能升起一定電壓，但根據螺旋線與陽極板距離，產生后3種不同現象的故障。

4 電除塵螺旋線斷線引起電除塵電場故障的在線處理方法

由于螺旋線數量太多，雖然選材上選用高強度不銹鋼，但仍不能排除少部分斷線，因此在運行中能夠處理螺旋線斷線引起電場故障，確保電除塵器正常高效運行，對電除塵安全、穩定運行有著重大的意義。

4.1 實接地故障處理方法

現采用電除塵接地故障常用外加電源，利用大電流燒斷殘留斷線的方法——電流燒蝕法，進行處理。

從斷線情況分析來看，只要將斷開的螺旋線從極板上移開或取出，電場就可降壓投運或完全投運。電場內螺旋線數量很大，上萬根，移開一根螺旋線，基本上不會影響電除塵除塵效果。當斷線形成完全短路時，即在電除塵陽極線、陰極線及小框架內形成一條閉合回路，電場陽極板、小框架相當于電源線，螺旋線斷線部分相當于一個串聯電阻，當電場上通入外部電源后，可以將螺旋線斷線部分加熱，只要電流足夠大并且通電時間足夠長時，就可以將螺旋線斷線部分熔斷，從而達到電場投運的目的。

4.2 不接地故障處理方法

采用在電除塵陰極上并接電容的方法——電弧燒蝕法，進行處理。

在不實接地情況下，由于燒斷的螺旋線的殘留部與陽極板間隔有一定的間隙，陰極電暈線與陽極板構不成回路，因此無法采用上面的電流燒蝕法，電場能升壓至5 kV 以上，40 kV 以下的（與額定電壓60 kV 以上還差很大），除塵效果極差或根本無法除塵，這時要燒斷已斷線的螺旋線，必須具有以下兩個條件：（1）能產生一定高壓，擊穿電場斷線螺旋線殘留與陽極板間的間隙；（2）放電前必須存有一定能量，利用放電瞬間電流通路時，足夠的能量產生足夠大的電流，在間隙間產生電弧，利用電弧電流對斷線螺旋線進行燒損，最后燒斷間隙。利用電場本身硅整流變壓器高電壓輸出、電流限制功能，對電容器進行充電，當電壓升高到一定值時，存儲了一定的電能后，這時達到螺旋線燒斷殘留間隙放電距離，間隙就開始放電，產生弧光電流。放電瞬間，電容器存儲電能瞬時釋放出來，弧光電流燒斷斷線螺旋線殘留部分，從而達到電場所投運的目的。原理見圖2所示。

圖2 電容充電產生高壓原理示意圖

4.3 應用實例

通過施加外部電源，利用大電流燒斷殘留斷線的方法——電流燒蝕法，處理300 MW1#鍋爐電除塵B3接地故障。采用電流燒蝕法、電弧燒蝕法兩種方法進行處理，并配合使用，成功地將9 個電場接地、電壓升不起的故障消除，解決了困擾火力發電正常運行的一個老大難問題，提高了電除塵電場投入率。

5 結論

電除塵器的安全、穩定運行對實現環保指標非常重要，在環保指標越來越嚴格的情況下，煙塵排放不達標可能造成機組停機。如果停機消除電除塵器內部短路的缺陷，將會造成很大的經濟損失。我們采用電流燒蝕法、電弧燒蝕法兩種方法處理電除塵接地故障，解決了困擾火力發電正常運行的一個長期存在的問題，兩種方法的配合使用，能徹底消除電除塵接地故障，提高電除塵電場投入使用率。