除尘高压脉冲电源

静电除尘器用除尘高压脉冲电源
1. 引言
    国内从七十年代开始使用国产的静电除尘器用除尘高压脉冲电源（以下简称高压电源），受当时半导体技术的限制及出于对成本的考虑，该设备采用反并联可控硅单相调压--变压器升压--高压硅整流方式实现从380V交流电源到除尘器需要的60~100KV脉动直流高压的变换过程。在这技术发展的近四十年间，各除尘器电源生产企业都在至力于对高压电源的性能及控制手段进行技术更新，其中心控制部份（控制器）从晶体管线路控制发展到现在的智能微机控制。在这技术更新的发展历程中，高压电源的控制精度、智能化、可靠性、操作方式等方面取得了重大的成就。然而，在环保、节能要求日渐增高的今天，静电除尘器对其供电设备提出更高的要求，需要更大的输入电晕功率、节能、高可靠性。三相除尘高压脉冲电源（以下简称三相高压电源）吸收了单相除尘高压脉冲电源（以下简称单相高压电源）的优点，提高了对电场输出电晕功率、提高升压变压器的转换效率及高可靠性，成为静电除尘器的新一代供电设备。
2. 工作原理
    三相高压电源的原理框图如图（一）所示。三相电源从A、B、C三相端口接入，经三组反并联可控硅三相调压后输出至三相整流变压器。三相整流变压器完成升压、整流，输出负直流脉动高压，负高压经阻尼电阻加到除尘器（ESP）的阴极上。
    GAC-320微机控制器为三相高压电源的中心控制单元。它接受开停机命令，控制高压启停；根据二次电流、二次电压的信号变化，检测电场闪络信号，通过控制可控硅导通角的方式动态控制对电场施加的二次电流、电压，完成对电场输入 大的电晕功率；监视一、二次电流、电压的异常情况，判断故障性质并实行保护，避免故障扩大；通过汉化显示单元完成参数设置、存贮及人机对话。
    相序检测单元三相电源接入时相序正确，当相序错误时，发出报警，并通知GAC-320控制器，设备禁止启动。
    DCS控制单元接收DCS的控制信号，并传回DCS系统需的反馈信号。三相高压电源通过CAN通讯总线与除尘器集中控制系统（上位机系统）进行通讯。

3. 三相高压电源的性能特点
3.1. 提高电场的输入电压、电流
    三相高压电源采用三相全波整流输出直流电压，输出电压平均值和峰值接近，如图（二）所示。

    如图（二）中单相全波整流波形，整流后的平均电压值（U平均）是峰值（Up）的64%，三相全波整流其输出的平均电压值达到峰值的83%. 直流电压的有效值和平均值一至。，当电场便用三相电源时，即使闪络电压（高电压）是一样，但电场的输入电压有效值增加了19%。
    电场的闪络电压和除尘器的极间距、粉尘性质、温度等都有关系，这些是电场内部的因素。电场闪络电压值与供电电压的形式也有关，供电电压平稳时，闪络击穿电压高，电压冲击或脉动时，闪络击穿电压低。单相整流的的脉动系数（输出电压交流分量的基波振幅值与输出电流直流分量之比）为0.67，三相整流的脉动系数为0.057。在三相电源供电时，在电场本身电容的滤波下，它的二次电压波形几乎为一条直线，这使得静电除尘器的闪络击穿电压能够得到提升。
    三相高压电源在闪络击穿电压及有效值的提高，地提高整体电场的输入电压有效值，从而提高电场的电场强度。
    静电除尘器的伏安特性如图（三）所示，受除尘器的结构及粉尘性质影响，每个电场的伏安特性曲线会有所不同，但基本形式一样。电压低于起晕电压V1时，电流为零，电场的有效电阻接近于无穷大，电压达到V1后，电场开始起晕，电压达到V2后，曲线呈现拐点，电流的增长速度远大于电压的增长。三相高压电源供电时，因为输入电压有效值的提高，能使输入电流大面积提升，在实测中，在不同的闪络击穿电压，输入电场电流和单相高压电源相比能提升20~80%。

3.2. 整台除尘器供电三相平衡，减少供电变压器的负荷。
    单相高压电源供电接线图如图（四）所示：

    A、B、C三相供电源接入静电除尘器中的各台单相高压电源，每台单相高压电源接入供电电源的其中两相，为供电平衡，当静电除尘器的单相高压电源数量为3的倍数时，三台单相电源分别接入AB 、AC 、CA相，如上图中所示。当单相电源的台数n不是3的倍数时，势必造成三相不平衡。静电除尘器常用四电场方式，需要单相高压电源四台，如果单相高压电源型号为1.0A/72KV，当满负荷输出时，将造成250A的相电流不平衡。
    静电除尘器各级电场粉尘浓度不同，前电场粉尘浓度高，末电场粉尘浓度低，粉尘浓度的高低对单相高压电源而言，就是负载不同，常规的情况下，粉尘浓度高，相当于负载轻，粉尘浓度低，相当于负载重，即使在单相高压电源的数量是3的倍数时，因前后级单相高压电源所承受负载不同，输出电流也不同，同样的也会造成供电三相电流不平衡。除尘器前、末级电场单相电源的输入电流会差别3~10倍。
    三相高压电源供电接线图如图（五）所示。三相电源的内部是严格按照三相平衡负载进行设计的，器件、工艺性的三相不平衡可以忽略不计。对任一台三相电源而言，三相输入电流是平衡的，因此无论静电除尘器用了多少台三相电源以及前末级电场的三相电源的电流差多少，都不会造成对供电电源的三相平衡造成影响。

3.3. 三相变压器转换，在同样条件下节约电耗大于20% 。
    单相高压电源因受单相变压器固有的转换效率低的影响，成套电源的效率难以提升，在JB/T 9688-2007电除尘用晶闸管控制高压电源标准中，高压电源的效率只规定大于70%，在实际测量中，单相电源的效率基本在70%~73%。三相高压变压器的研制中，充份考虑静电除尘器工艺的特点，允许变压器长期处于次级瞬间短路（闪络）状态，并引进电力行业升压变压器的制造技术、工艺，节能稳定作为考虑。通过型式试验验证，研制的三相电源效率在多种型号上测试，成套电效率都大于95%。
4. 三相高压电源应用
    电除尘器的理论和实践证明，电除尘的驱进速度与电场强度平方成正比，即与电场的运行电压平方成正比。三相高压电源能有效地提高输入电场的电压有效值，从而提高荷电粉尘的驱进速度。
    输入电场的电压升高，输入电场的电流值也跟着增大，而且增大的速度在电场起晕后比电压更快（见图（三）电场伏安特性曲线）。电晕电流大时，电场内存在移动的大量带电离子，在粉尘浓度高时，高密度的带电离子有助于粉尘荷电。
    因此，三相电源对提高静电尘器的除尘效率和节能有显著的效果。