电除尘高频电源运用问题探讨

2、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。
电除尘高频电源运用问题探讨
魏文深
厦门市天源兴环保科技有限公司
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。
3、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：
• • • •
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：
• 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。
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，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。
2、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
2、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1000μF时，功 率因数PF最大仅为0.9，最小为0.7；加大电感L为 600μH，减小电容C为33μF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。
3.1 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： • 3.2电缆配置问题
• • • • 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=U1×I1×1.732，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=S×COSΦ，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。
• 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 解决控制电源问题。
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，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=U1×I1;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
• 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：
4、本企业电除尘高频电源外形结构及运用： 本公司高频电源结构采用高频来自百度文库压器自然散热，双层 高频柜体结构，一次直流采样，柜内安装显示电表的 外形结构。通过现场运行证明，可以较好解决文中所 提问题，供借鉴。
5、结语：
通过对现有运行中高频电源的总 结，可以提高电除尘高频电源设计、 制造水平，更好满足当今电除尘改造 的需求，使用户选好、用好高频电源， 提高电除尘整体竞争能力，成为大气 粉尘治理的主力军。
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
• 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：
1、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。
3.1 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：
1.2.2三相交流电流母线电压检测（方式二）
• 与方式一基本相同，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0—530V。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=Ud×Id。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。
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：
• 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：
• 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。
厦门市天源兴环保科技有限公司
谢谢 大家