变频电源在电除尘器提效改造中的应用

王占辉 福建龙净环保股份有限公司

随着电力电子元器件、计算机技术、控制技术的发展，电除尘器用高压电源技术有了突破性的进展，高频电源、变频电源等多种高效电源产品的顺利研发与成功应用，为电除尘器提效改造稳定运行提供了新的途径和方法。高频电源、变频电源是通过提高整流变压器的工作频率，从而减小二次电压纹波，使电压平均值逼近其峰值电压，提高二次电压平均值，最终实现提高除尘效率的目的。

按除尘高压电源工作频率分类，变频电源属于中频电源，其工作频率介于常规单相工频晶闸管高压电源与高频高压电源之间。其二次电压纹波在3%左右，略高于高频电源，但在同一个档次区间。在相同峰值电压下，变频电源二次电压平均值略低于高频电源的二次电压平均值。在相同电场烟气负载工况下，变频电源所能达到的二次电压平均值稍低于高频电源二次电压，但差别不大，供电特性与高频电源相当，对于除尘效率影响有限。

变频电源，一般工作在500Hz 下，结构型式为控制柜与整流变压器分离，控制柜可安放在除尘控制室内，整流变压器放在除尘器顶部。而高频电源的控制柜与高频变压器一体化，控制柜与高频变压器均放在除尘器顶部，这样带来了控制柜环境恶劣，其稳定性可靠性偏低的问题。变频电源彻底解决了高频电源故障率偏高的问题，其除尘性能并不逊色于高频电源。

1 变频电源原理及特点

变频电源主回路如图1 所，采用三相交流电源，包括整流电路V1、滤波电路LC、IGBT 逆变器和整流变压器T1 四个部分，采用AC →DC →AC →DC 变流方式：将三相进线交流电压整流为直流电压，然后经SPWM 逆变后升压整流，输出电压纹波系数低于3%的平滑直流高压电压。

图1 扩建工艺流程路线图

变频控制采用DSP 控制，其控制策略主要为改变设备阻抗和运行参数，以及同步调节工作频率和调制度，总体策略为：升压阶段，设备为最低阻抗；无闪络且存在反电晕，设备为较高阻抗；电场闪络时，设备为最高阻抗；电场无闪络且无反电晕，采用自适应阻抗；负载开路时，减小调制度以防止过压运行；负载短路时，减小调制度并提高输出频率。

变频电源与其它直流高压电源相比，工作频率在100～1000Hz 范围内可调，能根据电场工况自动调整变频电源工作频率和调制度，输出阻抗实时跟踪电场运行工况动态变化，实现与电除尘器电场阻抗的动态最佳匹配，使电除尘器电场获得最高的电晕功率和最佳的供电效果。

具备定频/变频切换功能，设备能在定频和变频模式下相互转换。定频模式，按照设定调制频率运行；变频模式，设备能根据工况情况在调制频率范围内自动更改调制频率，具有自适应工况运行智能控制功能。

采用先进的叠层母排技术，用于完成电力电子器件和功率电路的电气连接，通过正负极层叠平行分布的结构形式降低线路分布电感，从而降低变频电源功率器件两端的反向峰值电压，降低功率器件对电压保护吸收电路的要求，提高功率器件运行的可靠性和稳定性。

变频电源重要器件IGBT 安装于热阻极小的热管散热器上并采用德国进口著名风机品牌EBM 风机对散热器进行强制风冷，冷却效果极好，且可靠性高。

变频变压器采用全密封、免吊芯结构。

显然，变频电源在电除尘提效节能改造中有着巨大的市场前景：现有的电除尘器大多在几年前甚至二十几年前按照当时排放规范要求进行设计制造，常规单相工频晶闸管高压电源的在役使用量，占全部高压电源的一半以上，仍然是目前高压电源存量的主体。现在面临着升级改造以满足愈趋严格的排放要求。变频电源改造常规单相工频电源既可更换原工频控制柜、更换工频变压器、利旧原电缆，也可只更换原工频控制柜、利旧工频变压器、及利旧原电缆，具有成本低、工期短等优势。相对于其它新型高压电源，在常规单相工频电源改造市场中，变频电源具有无可比拟的优势。

2 工程应用案例

2.1 电除尘概况

某电厂有限公司1 号炉1000MW 燃煤机组，配套电除尘器为双列三室四电场干式静电除尘器，型号为2BE666/3-4,阳极板为BE 板，采用针刺线，阴阳极振打采用顶部电磁锤振打方式，由于是2007 年设计的项目，所以合同要求除尘器出口烟气含尘量＜45mg/Nm3，除尘效率＞99.65%。2010 年10 月投入商业运行，2011 年3 月经第三方机构测试，折算后出口烟气浓度为33.10 mg/Nm3,除尘效率99.68%,达到保证值要求。

电除尘器主要技术参数见表1。

表1 电除尘器参数表

2.2 高频电源改造

由于国家排放标准要求的提高，原除尘排放已不能满足要求。为满足超低排放环保＜20mg/Nm3、以及保证除尘效率＞99.80%的要求，在2014 年进行了低低温电除尘改造，具体为：在电除尘上游加装了2 台烟气冷却器，把除尘器入口烟温降为85℃，同时把第一电场工频电源共6 台升级改造为HF-03型高频电源，进行第一次高压电源改造。这样达到了超低排放环保要求。

但由于高频电源控制柜与高频变压器一体化，控制柜与高频变压器均放在除尘器顶部，这样控制柜安放于户外，其控制柜内控制器电子元器件环境恶劣，产生稳定性可靠性偏低的问题。

控制柜布置在高频变压器的上部，正常工作时，高频变压器本身发热，变压器油温高达60～70℃，其高温即传递给连接在一起的其上部的控制柜，控制柜工作环境更趋恶劣。

本工程在海边，海滨电厂盐雾腐蚀严重，控制柜防护等级即使再高，时间久了，也会慢慢受到腐蚀，这样使其工作环境更加雪上加霜。这样故障频繁，其可靠性与同一台炉，其它16 台运行超过10a 的常规单相晶闸管高压电源形成明显对比。其故障严重影响到电除尘器的正常运行。

2.3 变频电源改造

为彻底解决高压电源的稳定性问题，在2019 年2 月实施第二次电源改造，把第一电场6台HF-03-1.8A/72kV高频电源全部重新更换为VTR-01-1.8A/72kV 变频电源：①拆除原高频电源，在原位安装上变频电源变压器；②在控制室原第一次电源改造前相应电场高压控制柜位置，安装上变频电源控制柜。③利旧原工频电源主电缆，加接少量控制电缆。

锅炉在1000MW 满负荷时，运行数据对比如表2。

表2 改造前后运行数据对比

由于原高频电源有一定故障，所以改造后电压电流参数有明显提高，从1 号炉脱硫数据分析可以看出，电除尘排放符合要求。

尤为重要的是，变频电源运行几年来，一直稳定可靠，这样就彻底解决了高压电源的稳定性问题，实现了电源改造的目的。

变频电源改造替代高频电源，特别适合于沿海电厂配套电除尘器，能够长期稳定地满足电除尘设备的运行，其排放满足国家环保标准。

3 结语

变频电源相对于常规单相晶闸管高压电源、常规三相电源，直流供电特性有明显提高，是最适合的替代产品。与高频电源相比，其除尘性能相近，但稳定性更好，变频电源实现了性能、成本、稳定性的最佳平衡。相对于其它新型高压电源，在常规单相工频电源改造市场中，变频电源具有压倒性的成本优势、综合优势。在沿海等恶劣腐蚀环境，变频电源尤为适用。

相较高频电源，变频电源更容易实现大功率提升，这样，可有效弥补现阶段除尘面积较大、使用大功率单相电源的电源改造、以及新建大机组后电场的高频电源容量不足问题。

电除尘器本体与高压电源互为一体，缺一不可。采用适当的新型电源改造，能够很好地挖掘现有电除尘器潜力，降低颗粒物的排放，提高除尘效率，同时可以缩短改造周期、降低改造费用，为电除尘器提效改造、实现超低排放提供了有益的参考。