淺析電除塵高壓電源發(fā)展歷程、現(xiàn)狀和趨勢(shì)

淺析電除塵高壓電源發(fā)展歷程、現(xiàn)狀和趨勢(shì)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(cè)儀器，進(jìn)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(dāng)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(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域，總的進(jìn)展趨勢(shì)是運(yùn)維的智能化、掌握的自動(dòng)化、功率變換器的高頻化、系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)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(yīng)用以及掌握技術(shù)的進(jìn)展，電除塵高壓電源的性格比越來越高，體積越來越小，價(jià)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(yīng)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(duì)電除塵高壓電源的電除塵高壓電源進(jìn)展歷程進(jìn)行回顧，對(duì)進(jìn)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對(duì)進(jìn)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。一進(jìn)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(jìn)展才開頭進(jìn)展，針對(duì)電除塵的特別應(yīng)用工況，電除塵高壓電源的基本要求：1、高壓直流電；2、運(yùn)行負(fù)載放電和短路運(yùn)行不損壞；（1）LC恒流源19世紀(jì)80年月及以前，電除塵系統(tǒng)中應(yīng)用的均為L(zhǎng)C恒流電源，應(yīng)用場(chǎng)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(fù)載的輸出電流不隨負(fù)載電阻變化，實(shí)現(xiàn)恒流輸出，轉(zhuǎn)變電容電感串并聯(lián)組的不同，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)90年月、隨著晶閘管成本的下降和掌握方式的成熟，市場(chǎng)上消失了可控硅工頻電源，通過轉(zhuǎn)變晶閘管的導(dǎo)通角來調(diào)整變壓器低壓側(cè)的輸入電壓有效值，進(jìn)而調(diào)整輸出的直流高壓電的電壓值，這樣就可以對(duì)輸出電流進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，但這樣就丟失了電源的恒流特性，負(fù)載放電和短路時(shí)的電流沖擊很大，對(duì)電網(wǎng)和除塵本體都是一種損傷，實(shí)行的改進(jìn)策略就是在低壓回路中串聯(lián)大電抗器，在本體放電時(shí)，依靠電感電流不能突變的原理，給關(guān)閉晶閘管的導(dǎo)通脈沖供應(yīng)時(shí)間，使用中常常可以看到本體放電時(shí)，低壓電纜線會(huì)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(yùn)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(jìn)展和掌握技術(shù)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(yùn)用，取得良好的效果，并在改造項(xiàng)目中替換工頻電源，對(duì)除塵效率的提高有不少關(guān)心。高頻電源在國內(nèi)電廠系統(tǒng)中的勝利運(yùn)用，讓國內(nèi)廠商看到電除塵電源的進(jìn)展趨勢(shì)，紛紛引進(jìn)人才和技術(shù)，開發(fā)相應(yīng)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(yīng)用中，針對(duì)煙氣的高比電阻狀況，顆粒物的直徑又特別小，實(shí)踐中發(fā)覺，微小顆粒很難荷電，也就不能實(shí)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?zhǔn)访芩诡I(lǐng)先開發(fā)出脈沖電源，國內(nèi)往往稱為復(fù)合脈沖電源，應(yīng)用于干式電除塵的末級(jí)電場(chǎng)，進(jìn)行最終的精細(xì)化微小顆粒除塵。改電源實(shí)際上由兩套電源復(fù)合而成，基礎(chǔ)電源供應(yīng)基礎(chǔ)電壓，脈沖電源供應(yīng)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(jìn)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(chǎng)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(guān)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(duì)高壓電源的現(xiàn)狀和特點(diǎn)進(jìn)行介紹：LC恒流電源，已有幾十年應(yīng)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(dá)國家項(xiàng)目或生產(chǎn)平安要求嚴(yán)格單位等，而對(duì)最終排放指標(biāo)要求不是很嚴(yán)格的項(xiàng)目，傾向于選用LC恒流電源的緣由，盡量避開維護(hù)。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(xì)調(diào)整輸出電流的問題，實(shí)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(yīng)用工況的，所接觸到的幾個(gè)生產(chǎn)廠家均不再對(duì)此種電源進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)，沒有進(jìn)展的潛力。高頻電源是目前項(xiàng)目應(yīng)用最多的類型，產(chǎn)品質(zhì)量和性能均在不斷完善，價(jià)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(jìn)為現(xiàn)在的風(fēng)冷散熱，應(yīng)當(dāng)說是目前市場(chǎng)上性價(jià)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(duì)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(qiáng)，除塵效果越好。由于高頻電源為應(yīng)用的主流方向，對(duì)該型電源進(jìn)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(shí)際應(yīng)用中發(fā)覺，小電流輸出時(shí)高頻變壓器為低頻運(yùn)行，有較也許率消失電流振蕩變壓器磁芯飽和問題，負(fù)載的等效特性影響到了LC諧振參數(shù)，低頻時(shí)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(hù)”，嚴(yán)峻時(shí)IGBT損壞?？赡軙?huì)有人疑問，阿爾斯通的高頻電源為什么沒有這個(gè)問題，緣由是上面也提到，LC諧振中高頻變壓器低頻運(yùn)行時(shí)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(huì)使電源運(yùn)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(duì)該問題，國內(nèi)電源廠家對(duì)電路方案進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，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(shí)現(xiàn)的，分為降壓恒高頻和升壓恒高頻，并在項(xiàng)目中批量使用，實(shí)際效果不錯(cuò)。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(dǎo)通角來對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)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(shè)計(jì)，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(jìn)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(yùn)行。相較于降壓恒頻模式，有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)：采納IGBT整流技術(shù)，功率因數(shù)可達(dá)0.99，電網(wǎng)電流諧波畸變率小于5%，對(duì)電網(wǎng)無污染；大功率高頻電源研制難點(diǎn)主要是高頻整流變壓器體積小，高頻效應(yīng)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(jìn)而降低了變壓器的損耗和故障率，常規(guī)風(fēng)冷即可滿意要求。<imgalt=“7.jpg”border=“0”src=“/UploadFiles/2019003/20203/Tech/202003251446153254.jpg”/復(fù)合脈沖電源，上面也說了主要針對(duì)高比電阻，微小顆粒物的荷電，主要應(yīng)用于干式電除塵的末級(jí)電場(chǎng)供電(煙溫特別高的濕電應(yīng)當(dāng)也有肯定效果，但沒做過類似項(xiàng)目，不確定)等特別工況，由于其為兩套系統(tǒng)，價(jià)格和故障率均較高，并且實(shí)際對(duì)比效果不明顯，針對(duì)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(chǎng)接受度不高。由于本體負(fù)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(fù)合脈沖電源能達(dá)到的這個(gè)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(zhǎng)期處于戶外無遮擋環(huán)境，幾乎不會(huì)進(jìn)行檢修維護(hù)，本身高壓電源設(shè)備的牢靠性，加上這種惡劣使用環(huán)境，故障率相對(duì)其他產(chǎn)品來說相對(duì)較高，因此還需要完善。運(yùn)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(duì)需要電源對(duì)工況變化的適應(yīng)性，運(yùn)行的自動(dòng)化，報(bào)警愛護(hù)的完備化。價(jià)格合理化電除塵高壓電源的價(jià)格隨著競(jìng)爭(zhēng)的激烈，已經(jīng)下來了，同時(shí)由于該電源的特別應(yīng)用，而市場(chǎng)規(guī)模不會(huì)很大，屬于電源系統(tǒng)里面的一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，加上電源售后服務(wù)，長(zhǎng)期幫助業(yè)主運(yùn)維，價(jià)格下降的空間不大了。服務(wù)完善化電源作為系統(tǒng)的供電設(shè)備，更應(yīng)當(dāng)是一個(gè)診斷設(shè)備，因此需要用戶會(huì)用善用電源，因此電源企業(yè)對(duì)值班人員進(jìn)行