电除尘高频电源运用问题探讨

1、电除尘高频电源运用问题探讨电除尘高频电源运用问题探讨魏文深魏文深厦门市天源兴环保科技有限公司厦门市天源兴环保科技有限公司 前言前言 电除尘高频电源与其特有的高效、节能特性而迅速普及运用，成为目前电除尘改造和满足新排放标准的主力设备，特别在电力行业已成为标配。从高频电源国内开始使用至今，全国高频电源已有几千台在运行，生产厂家也从二、三家增加到十余家，生产的高频电源品种型号各异，性能、结构方式、测量显示方式均存在较大不同。由于目前电除尘高频电源行业标准尚未推出，总结运行中高频电源存在的问题，可以为行业标准的制定提供参考。本文从电除尘高频电源的设计、生产、使用角度提出几个问题供同行探讨。1、电除尘高

2、频电源参数测量方式、电除尘高频电源参数测量方式 1.1电除尘用可控硅高压整流设备经过几十年的发展和运用，其技术和使用方式已十分成熟和被用户熟练掌握，通过电除尘高压电源运行参数，可以很好判断电除尘运行状态。其中最主要的运行参数为高压电源的一次电压、一次电流、二次电压、二次电流，通过它们可以绘制出电场V-I特性曲线、计算出输入功率、输出功率、设备效率等设备运行指标，对于专业人员还会更重视一次电流、电压，因为它们是从电路中直接取样的，不经过中间转换，更能反映电除尘电源的真实状态，也是对比同类电源的途径。 常规电源测试位置如图所示。一次电压由交流电压表（有效值）直接量取、一次电流通过选择合适互感器测量

3、，它们均取自变压器输入端，清楚反映输入变压器的电压、电流和有功功率P=U1I1;二次电压取自负高压输出端，经高压取样电阻分压得到，二次电流通过流过主回路电阻电流获取。1、电除尘高频电源参数测量方式、电除尘高频电源参数测量方式 1.2电除尘高频电源由于采用AC-DC-AC谐振逆变方案，电路主要由工频整流、滤波-谐振逆变-高频升压、整流构成；同时输入为三相AC输入，高频变压器单相输入，这就使得测试点和方式与常规电源有较大不同。目前主要有如下四种方式： 1.2.1三相交流输入端检测（方式一） 1.2.2三相交流电流母线电压检测（方式二） 1.2.3直流输入端母线检测（方式三） 1.2.4变压器输入端

4、母线检测（方式四）1.2.1三相交流输入端检测（方式一）由于是三相平衡输入，一次电压由交流电压表（有效值）直接量取一组线电压、一次电流通过选择合适互感器测量其中一线电流，它们均取自高频电源设备交流输入端。该方式能清楚反映输入高频电源的电压、电流和视在功率S=U1I11.732，对于前端配电选型、电缆选择十分有利。但对输入高频变压器的电流、电压不好判断，因而其输入有功功率较难计算,要考虑其功率因数P=SCOS，不好判断二次输出结果的准确性。二次电流、电压采样与常规电源相同。有些用户用二次输出功率和此数据S比来计算设备效率是不对的，得出的应是电效率。1.2.2三相交流电流母线电压检测（方式二）与方

5、式一基本相同，就是一次电压由交流电压变成整流后的直流母线电压，在非控型三相全波整流桥中其电压关系为Ud=1.35*Ui=1.35*380=513 V直流电压，电容滤波后最高电压为530 V直流，这是一个不变的电压，只与电源电压和滤波电容有关，除非是可控型调幅控制，其电压可为0530V。这一方式的好处是明白DC处的母线电压，了解逆变器工作的好坏。但同方案一一样，无法确定变压器输入有功功率，从而判断二次运行结果。1.2.3直流输入端母线检测（方式三）交流三相经三相整流后作为谐振逆变的母线电压供给，测量母线电压、电流可以得出逆变器和高频变压器输入有功功率。该方式较为有效反映高频电源设备的工作状态，也

6、可判断开关器件工作情况。输入有功功率容易计算,不需要考虑其功率因数，P=UdId。因此，计算设备效率只需(U2*V2)/( Ud*Id)即可，和常规电源一致，很好判断二次运行结果的准确性。该模式可用于调频和调幅两种工作模式。但要测量设备电效率，必须采用钳流表测量输入端交流电流、电压来计算。由于该方式测量的是直流母线电压、电流，因此需采用750V直流电压表测电压，一次电流采用分流器直接测量，也可采用霍尔器件测量，但霍尔器件易受干扰波动较大，受人为调整因素也较大。1.2.4变压器输入端母线检测（方式四）该方式与常规电源完全相同，测量的是输入变压器初级的电压、电流情况。实际就是测量谐振逆变电压、电流

7、，但由于此处为高频端，无法直接测量，必须采用间接测量方式，因此其准确性较差，人为调整因素也较大。但能很好反映谐振电流、电压，判定开关器件工作状态，测出变压器效率。1.2.5 电除尘高频电源测量显示方式建议 通过以上四种方式介绍，可以看出各有优缺点，但会给用户带来数据不统一的麻烦，难以比较。因此建议采用方式一和三组合，电除尘高频电源和常规电源测量显示比较除了一次电压U1、一次电流I1、二次电压U2、二次电流I2外，增加母线电压Ud、母线电流Id两个参数，有利于全面考察电除尘高频电源设计、运行指标，并将其作为行业标准。2、电除尘高频电源功率因数、电除尘高频电源功率因数如上所述，判定电除尘高频电源电

8、效率时，其功率因数十分重要。当前，电除尘高频电源普遍采用如下整流电路对三相交流进行整流滤波，其交流端电压、电流如右图。此整流滤波电路对功率因数的影响较大，取决于电流波形的变形率。由于本电路对交流输入而言为非线性负载，也就是电压波形为50HZ的正弦波，电流波形呈现为非50HZ正弦波，或者理解为相对50HZ正弦波有较大失真。对于电流波形的修复取决于滤波电感L和滤波电容C的选择，既L-C滤波电路。2、电除尘高频电源功率因数、电除尘高频电源功率因数 2.1 由于直流滤波电感L流过电流较大，因此其体积较大，发热也较高，特别是要做到大电感量不容易，成本也较高。许多厂家就将直流电感省略，采用大的电解电容直接

9、滤波。该方法会大大降低功率因数，对此我们做了如下实验。 2.2 L-C功率因数实验： 采用BUCK-IGBT-800mA/66KV斩波调幅高频电源通过改变不同L和C进行测试，做了5组测试，测试数据如下：2、电除尘高频电源功率因数、电除尘高频电源功率因数 2.2 L-C功率因数实验：采用BUCK-IGBT-800mA/66KV斩波调幅高频电源通过改变不同L和C进行测试，做了5组测试，测试数据如下：2、电除尘高频电源功率因数、电除尘高频电源功率因数 2、电除尘高频电源功率因数、电除尘高频电源功率因数 2.3 数据分析： 通过以上数据可以看出，加大电容C到1000F时，功率因数PF最大仅为0.9，最

10、小为0.7；加大电感L为600H，减小电容C为33F时，功率因数最大，且基本保持在0.95左右。说明三相交流L-C整流滤波电路中电感L十分重要，是不可省略的。其电感量越大功率因数改善越多，但体积和成本也越高；而电容C则应减小，不要采用大电解电容，但C减小对母线波纹系数改善又是不利的，对谐振逆变电路平稳性有一定影响。因此，合理选择L-C为电除尘高频电源提高功率因数和运行平稳具有重要意义。3、电除尘高频电源外形结构问题的探讨、电除尘高频电源外形结构问题的探讨 电除尘高频电源来源于阿尔斯通公司SIR，其外形结构小巧美观，高低压合一，封闭式高频高压变压器，强制风冷，下出高压引出线。SIR的出现，引起了

11、电除尘高压供电的更新换代。受其影响，国内目前开发运用的高频电源也大都采用与之相类似的外形结构和控制特性，包括部分高低压合一方式。现探讨以下几个问题：国内主要电除尘高频电源外形参考国内主要电除尘高频电源外形参考3.1 户外电除尘顶部放置结构：户外电除尘顶部放置结构：电除尘高频电源是一种基于开关技术的新型电源，其工作频率为开关频率20KHZ，变压器谐振频率40KHZ，属于高频范畴。其控制和变压器是组合在一起的，主要原因如下：3.1.1交流电都有一个集肤效应，且随着频率越高越明显，而集肤效应大大降低了输电导线的有效截面，是输电工程需要避免的。3.1.2交流电都会因频率震荡向外发射部分能量，损失大量能

12、量，频率越高越明显。3.1.3线路上的感抗和电阻与频率成正比，频率高则感抗和电阻越大 ，导线上的损耗也就加大，随着输电线路的延长最终将有功功率消耗殆尽。3.1.4为了减小开关损耗，电除尘高频电源都采用谐振逆变电路，谐振频率和变压器及其连接导线线的分布电容和感抗都有关系，长距离会导致谐振电路无法工作。3.1 户外电除尘顶部放置结构：户外电除尘顶部放置结构：基于以上原因，国内外电除尘高频电源都是将控制和变压器组合在一起，且线路越短越好，这样才能使SMPS设备正常工作。且高频电源安装在除尘器顶部，设备集成一体化，电缆用量显著减少，同时，不占用控制室空间，还可节省土建成本。但是，将高频电源安装在除尘器

13、顶部同时带来了许多问题和检修维护的不便，列举以下问题探讨： 高低压合一问题 高频变压器散热问题 高压柜显示问题 电缆配置问题 3.1 户外电除尘顶部放置结构：户外电除尘顶部放置结构： 3.1.5 高低压合一问题： 将高压同该电场的低压合一控制，有利于通过高压电流检测控制振打及实施断电振打，但不利于整台电除尘振打系统的协调以及电除尘低压控制系统的统一；将低压系统分散且移到电除尘顶部，加大了低压主器件受外部灰尘、温度等环境因素的影响，检查维修不方便。3.1 户外电除尘顶部放置结构：户外电除尘顶部放置结构： 3.1.6 高频变压器散热问题 由于采用超微晶等铁芯结构，高频变压器可以设计比常规变压器小很

14、多，因此油箱也较小，热容量相应变小，因此需要采用风机强制吹风冷却或水冷。受制于水泵、风机长期连续运行可靠性问题，散热可靠性受到影响。由于电除尘顶部空间较大，可以将变压器油箱加大，按常规方式自然冷却。这样变压器油箱热容量加大，散热面积大，散热效果良好，可靠性高。另外，由于油浸式变压器需要定期对油进行分析化验，自然散热变压器有利于油品采样和添加。3.1 户外电除尘顶部放置结构：户外电除尘顶部放置结构： 3.1.7 高压柜显示问题 国内外电除尘高频电源基本采用SIR结构模式，取消了柜体中检测电流、电压表，采用数据传输方式显示。由于取消一次直接采样，采用隔离取样的方式，使得这种方式对柜体的调试、检测较为不便，无法判断数据的准确性。3.1 户外电除尘顶部放置结构：户外电除尘顶部放置结构： 3.2电缆配置问题 电除尘高频电源均采用三相对称输入方式，有利于减小输入电流，三相平衡。由于常规电源仅两根电缆，因此高频电源需增加一电缆至电除尘顶部。如果将高频电源AC-DC部分放入动力箱内，将直流电源送至高频逆变部分（见右图），也只需两根电缆即可，整个改造电缆可以利旧。整流部分还可以多台合一，户内工作有利于散热及改善功率因素，还可解决第2点所述问题，且户外逆变部分发热减小。但本方案需解决控制电源问