淺析電除塵高壓電源發(fā)展歷程、現(xiàn)狀和趨勢

淺析電除塵高壓電源發(fā)展歷程、現(xiàn)狀和趨勢電除塵高壓電源是將380V電網(wǎng)溝通低壓電壓轉(zhuǎn)換為直流高壓的電能轉(zhuǎn)換裝置，也是電除塵本體狀態(tài)、煙氣特性的檢測儀器，進展歷程可分為單相LC恒流電源、可控硅工頻電源、高頻電源、脈沖電源。在當今工業(yè)廠礦環(huán)境中，環(huán)保和節(jié)能顯得越來越重要，而電除塵系統(tǒng)以及其核心的供電裝置，工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越大和不行忽視作用。電除塵高壓電源是工業(yè)除塵系統(tǒng)中的核心功率變換裝置，目前電除塵系統(tǒng)已包含多種學科的技術領域，總的進展趨勢是運維的智能化、掌握的自動化、功率變換器的高頻化、系統(tǒng)運行費效比的合理化。隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應用以及掌握技術的進展，電除塵高壓電源的性格比越來越高，體積越來越小，價格越來越低，而且廠家仍在不斷地提高電源牢靠性、轉(zhuǎn)換效率、本體適應性等方面做著新的努力，本文以作者多年來的從業(yè)者經(jīng)受，結(jié)合前輩和同行信息，著重對電除塵高壓電源的電除塵高壓電源進展歷程進行回顧，對進展現(xiàn)狀進行分析，對進展趨勢進行展望。一進展歷程電除塵高壓電源雖然伴隨著電除塵系統(tǒng)的消失而消失，但是隨著電力電子可控器件的進展才開頭進展，針對電除塵的特別應用工況，電除塵高壓電源的基本要求：1、高壓直流電；2、運行負載放電和短路運行不損壞；（1）LC恒流源19世紀80年月及以前，電除塵系統(tǒng)中應用的均為LC恒流電源，應用場景主要是干式電除塵器和電捕焦油器。LC恒流源的原理就是在主回路中串并聯(lián)電感電容的組合，使得負載的輸出電流不隨負載電阻變化，實現(xiàn)恒流輸出，轉(zhuǎn)變電容電感串并聯(lián)組的不同，實現(xiàn)對輸出電流大小的檔位調(diào)整。<imgalt=“QQ截圖20200305105507.jpg”border=“0”src=“/UploadFiles/2019003/20203/Tech/202003251446149772.jpg”/（2）可控硅高壓工頻電源19世紀90年月、隨著晶閘管成本的下降和掌握方式的成熟，市場上消失了可控硅工頻電源，通過轉(zhuǎn)變晶閘管的導通角來調(diào)整變壓器低壓側(cè)的輸入電壓有效值，進而調(diào)整輸出的直流高壓電的電壓值，這樣就可以對輸出電流進行精細調(diào)整，但這樣就丟失了電源的恒流特性，負載放電和短路時的電流沖擊很大，對電網(wǎng)和除塵本體都是一種損傷，實行的改進策略就是在低壓回路中串聯(lián)大電抗器，在本體放電時，依靠電感電流不能突變的原理，給關閉晶閘管的導通脈沖供應時間，使用中常常可以看到本體放電時，低壓電纜線會跳起來的緣由。單相可控硅工頻電源與三相可控硅工頻電源原理全都，主要解決大功率單相運行三相不平衡問題。<imgalt=“2.jpg”border=“0”src=“/UploadFiles/2019003/20203/Tech/202003251446154062.jpg”/（3）電除塵高頻電源隨著電力電子器件IGBT的進展和掌握技術的成熟，2003年法國阿爾斯通公司提出了電除塵高頻電源方案，在國外干式電除塵系統(tǒng)中勝利運用，取得良好的效果，并在改造項目中替換工頻電源，對除塵效率的提高有不少關心。高頻電源在國內(nèi)電廠系統(tǒng)中的勝利運用，讓國內(nèi)廠商看到電除塵電源的進展趨勢，紛紛引進人才和技術，開發(fā)相應產(chǎn)品。<imgalt=“3.jpg”border=“0”src=“/UploadFiles/2019003/20203/Tech/202003251446155433.jpg”/（4）電除塵脈沖電源在干式電除塵應用中，針對煙氣的高比電阻狀況，顆粒物的直徑又特別小，實踐中發(fā)覺，微小顆粒很難荷電，也就不能實現(xiàn)除塵凈化的效果，為了解決這種特別狀況，就提出了脈沖荷電的理論，丹麥史密斯領先開發(fā)出脈沖電源，國內(nèi)往往稱為復合脈沖電源，應用于干式電除塵的末級電場，進行最終的精細化微小顆粒除塵。改電源實際上由兩套電源復合而成，基礎電源供應基礎電壓，脈沖電源供應脈沖電源，經(jīng)過耦合裝置，形成最終需要的效果。<imgalt=“4.jpg”border=“0”src=“/UploadFiles/2019003/20203/Tech/202003251446158924.jpg”/二現(xiàn)狀及進展方向電除塵高壓電源，屬于非傳統(tǒng)電氣產(chǎn)品，為電除塵工程的附屬產(chǎn)品，行業(yè)有肯定封閉性，加上市場規(guī)模不大，新入行的企業(yè)不多，電源公司往往是和除塵本體工程公司配套，有肯定的依附關系，形成地域分片格局，目前主要分布于浙江金華、福建龍巖、湖北襄陽。下面對高壓電源的現(xiàn)狀和特點進行介紹：LC恒流電源，已有幾十年應用歷史，為成熟產(chǎn)品，除非生產(chǎn)廠家偷工減料，再單純從故障率上來講，沒有什么問題，這也是一些出口非發(fā)達國家項目或生產(chǎn)平安要求嚴格單位等，而對最終排放指標要求不是很嚴格的項目，傾向于選用LC恒流電源的緣由，盡量避開維護。高壓工頻電源，包括單相或者三相電源，僅僅是解決了LC恒流電源不能精細調(diào)整輸出電流的問題，實現(xiàn)無檔位調(diào)整，但為此失去了恒流特性，本質(zhì)上是不適合電除塵應用工況的，所接觸到的幾個生產(chǎn)廠家均不再對此種電源進行升級改進，沒有進展的潛力。高頻電源是目前項目應用最多的類型，產(chǎn)品質(zhì)量和性能均在不斷完善，價格從最初的幾十萬到現(xiàn)在的六七萬，小功率三萬多，散熱方式從最初的水冷改進為現(xiàn)在的風冷散熱，應當說是目前市場上性價比最高的高壓電源產(chǎn)品。由于主回路中串聯(lián)了電容，電源為恒流源，即使本體直接對地短路，輸出電流也只有額定電流的2倍以下，放電能量小，沒有短路沖擊；除塵本體由于具有阻容并聯(lián)特性，輸出電流的頻率越高，本體上的電壓越平滑，本體接受電流的力量越強，除塵效果越好。由于高頻電源為應用的主流方向，對該型電源進行著重介紹。<imgalt=“5.jpg”border=“0”src=“/UploadFiles/2019003/20203/Tech/202003251446156014.jpg”/方案來源為法國阿爾斯通公司，通過轉(zhuǎn)變逆變頻率來轉(zhuǎn)變輸出電流的大小，為變頻電源，在實際應用中發(fā)覺，小電流輸出時高頻變壓器為低頻運行，有較也許率消失電流振蕩變壓器磁芯飽和問題，負載的等效特性影響到了LC諧振參數(shù)，低頻時某些頻率段表現(xiàn)明顯。表現(xiàn)就是高頻變壓器“吱吱”異響，損耗增加，IGBT電流增大觸發(fā)“一次電流過大愛護”，嚴峻時IGBT損壞。可能會有人疑問，阿爾斯通的高頻電源為什么沒有這個問題，緣由是上面也提到，LC諧振中高頻變壓器低頻運行時振蕩問題消失，阿爾斯通走的是超高頻化、選型合理化、間歇供電算法等路線，即變壓器最高頻率為40kHz，加上電源額定規(guī)格選型合理，極少會使電源運行在低頻狀態(tài)，壞處就是需要增加物料成本和功率損耗。針對該問題，國內(nèi)電源廠家對電路方案進行了優(yōu)化改進，即“恒高頻方案”，調(diào)整輸出電流的方式是通過調(diào)整低壓側(cè)的直流電壓實現(xiàn)的，分為降壓恒高頻和升壓恒高頻，并在項目中批量使用，實際效果不錯。降壓恒高頻方案，把低壓側(cè)二極管整流橋，換為可控硅整流方案，通過掌握可通過的導通角來對電網(wǎng)電壓進行斬波降壓，一次電壓調(diào)整范圍為：0~530Vdc，逆變頻率不變，沒有低頻階段，也就不存在高頻變壓器低頻振蕩飽和問題，但是電網(wǎng)功率因數(shù)低，電流諧波畸變率大，造成電網(wǎng)的損耗增加。<imgalt=“6.jpg”border=“0”src=“/UploadFiles/2019003/20203/Tech/202003251446156693.jpg”/另外一種改版設計，把低壓側(cè)二極管整流橋換為IGBT整流方案，通過調(diào)整IGBT進行PWM整流升壓，一次電壓調(diào)整范圍為600~1200V，一次電壓和逆變頻率均可調(diào)整，8kHz以上起步，避開低頻運行。相較于降壓恒頻模式，有兩個優(yōu)勢：采納IGBT整流技術，功率因數(shù)可達0.99，電網(wǎng)電流諧波畸變率小于5%，對電網(wǎng)無污染；大功率高頻電源研制難點主要是高頻整流變壓器體積小，高頻效應顯現(xiàn)，散熱不好處理，2000mA以上規(guī)格往往水冷這種笨方法，采樣提高一次電壓的方案，降低一次高頻電流，進而降低了變壓器的損耗和故障率，常規(guī)風冷即可滿意要求。<imgalt=“7.jpg”border=“0”src=“/UploadFiles/2019003/20203/Tech/202003251446153254.jpg”/復合脈沖電源，上面也說了主要針對高比電阻，微小顆粒物的荷電，主要應用于干式電除塵的末級電場供電(煙溫特別高的濕電應當也有肯定效果，但沒做過類似項目，不確定)等特別工況，由于其為兩套系統(tǒng)，價格和故障率均較高，并且實際對比效果不明顯，針對目前提倡的節(jié)能降耗，即環(huán)保治理能耗比，脈沖電源的節(jié)能效果同樣并不比其他電源的間歇供電模式效果明顯，因此市場接受度不高。由于本體負載具有電容特性，想要形成電壓脈沖，電源需要產(chǎn)生上百安培甚至幾百安培的脈沖電流加到本體上，市面上的復合脈沖電源能達到的這個電流輸出力量的很少，有肯定弄虛作假。三電除塵高壓電源的展望產(chǎn)品質(zhì)量完善化電除塵電源，由于電氣部分長期處于戶外無遮擋環(huán)境，幾乎不會進行檢修維護，本身高壓電源設備的牢靠性，加上這種惡劣使用環(huán)境，故障率相對其他產(chǎn)品來說相對較高，因此還需要完善。運行智能化有的小型廠礦企業(yè)甚至沒有電氣值班人員，因此對需要電源對工況變化的適應性，運行的自動化，報警愛護的完備化。價格合理化電除塵高壓電源的價格隨著競爭的激烈，已經(jīng)下來了，同時由于該電源的特別應用，而市場規(guī)模不會很大，屬于電源系統(tǒng)里面的一個細分領域，加上電源售后服務，長期幫助業(yè)主運維，價格下降的空間不大了。服務完善化電源作為系統(tǒng)的供電設備，更應當是一個診斷設備，因此需要用戶會用善用電源，因此電源企業(yè)對值班人員進行