三相電源與單相電源

1、電除塵器用三相高壓電源與單相高壓電源原理及性能特點(diǎn)一、前言工業(yè)電除塵技術(shù)自七十年代開(kāi)始發(fā)展以來(lái)，作為一種技術(shù)成熟、 制作相對(duì)簡(jiǎn)單、維護(hù)費(fèi)用低的工業(yè)煙氣凈化設(shè)備，長(zhǎng)期以來(lái)在大氣污 染治理行業(yè)得到最普遍、最廣泛的推廣和應(yīng)用。作為電除塵的控制核 心-高壓供電裝置，其設(shè)備的供電能力和原理特性在很大程度上決定 了除塵器的效率和能耗指標(biāo)。單相電源作為一種性價(jià)比很高的電除塵高壓裝置，被廣泛使用， 現(xiàn)占市場(chǎng)的絕大份額。但其因原理上的缺陷已越來(lái)越滿足不了當(dāng)今 50mg/Nm3環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求和節(jié)能降耗產(chǎn)業(yè)政策的要求。近年來(lái)，三相工頻高壓電源的推廣應(yīng)用，為提高電除塵器除塵效 率、降低電除塵器能耗標(biāo)準(zhǔn)，提供了新的可

2、能和新的選擇。本文從電 除塵器單相高壓電源引題，較客觀地介紹單相高壓電源、三相高壓電 源技術(shù)特點(diǎn)，從而闡述以高效節(jié)能型三相電源替代傳統(tǒng)單相電源的必 要性。二、常規(guī)單相可控硅整流電源基本原理及缺陷如圖，基本原理：?jiǎn)蜗?80VAC/50HZ-10工頻交流信號(hào)，經(jīng)過(guò) 可控硅移相調(diào)壓、變壓器升壓和整流后的波形為100HZ脈動(dòng)信號(hào)，。 這個(gè)技術(shù)已經(jīng)是相當(dāng)成熟的，90年代得到普遍推廣。但隨著排放標(biāo) 準(zhǔn)的提高和節(jié)能降耗產(chǎn)業(yè)政策的要求，常規(guī)單相電源自身原理性的技術(shù)缺陷也突現(xiàn)出來(lái)。VI圖一1）波形脈動(dòng)大，輸出平均電壓低，除塵效率低單相電源的輸出電壓加到ESP所產(chǎn)生的峰值電壓比平均電壓高 出25%-35%，造成火

3、花放電提前。而且線性度差，當(dāng)系統(tǒng)阻抗不匹配 和在高濃度粉塵的工況下極易產(chǎn)生火花擊穿，容易出現(xiàn)高電壓低電流 或低電壓大電流的不正常狀態(tài)，輸入電場(chǎng)的功率降低，整體的除塵效 率難以進(jìn)一步提高。2）功率因數(shù)低，電能轉(zhuǎn)換效率低單相供電，初級(jí)輸入電流大，電網(wǎng)功率因數(shù)低，功率因數(shù)W.7, 電能轉(zhuǎn)換效率理論計(jì)算只有70%，實(shí)際為65%左右。超過(guò)30%的電能 無(wú)法做有用功，不利于節(jié)能降耗。也不利于設(shè)計(jì)制造超大功率整流電 源，難以滿足大型發(fā)電機(jī)組、干法旋窯水泥生產(chǎn)線、鋼鐵大型燒結(jié)機(jī) 生產(chǎn)線中電除塵器的要求。一3）不平衡供電單相電源輸入為380VAC/50HZ,其中兩相工作，另一相處于空載。 在非三電場(chǎng)的電除塵器應(yīng)

4、用中，相序無(wú)法匹配，存在著嚴(yán)重的缺相損 耗。電除塵器選用的電源規(guī)格越大，不平衡問(wèn)題就越嚴(yán)重，無(wú)法保障 供電電網(wǎng)的功率因數(shù)指標(biāo)和電網(wǎng)安全運(yùn)行。列如：對(duì)于一臺(tái) 1000MA/72KV的設(shè)備就有271A的電流無(wú)法平衡。在四電場(chǎng)或五電場(chǎng) 實(shí)際應(yīng)用中，至少其中一個(gè)電場(chǎng)的單相高壓電源，無(wú)法進(jìn)行相序組合。三、三相高壓硅整流電源三相高壓硅整流電源：用三相制，在三相電壓對(duì)稱的條件下，采 用三相380V交流輸入，通過(guò)三路六只可控硅反并聯(lián)調(diào)壓，經(jīng)三相變 壓器升壓，三相橋式整流，并聯(lián)成一路直流高壓信號(hào)加到電除塵器。 輸入具有科學(xué)合理的電能應(yīng)用模式，高的電能轉(zhuǎn)換效率，優(yōu)越的性價(jià) 比。三相電源各相電壓、電流、磁通的大小相

5、等，相位上依次相差 120度。如圖所示為三相高壓電源控制原理圖。立立&度若號(hào)1、三相高壓硅整流電源優(yōu)點(diǎn)1）功率因數(shù)高，電能轉(zhuǎn)換效率高，節(jié)能效果好三相高壓電源的原理設(shè)計(jì)決定了其具備更高功率因素和更高的 電源轉(zhuǎn)換效率，因?yàn)椴捎猛耆娜嗾{(diào)壓，三相升壓，三相整流，功 率因數(shù)M0.95，電源轉(zhuǎn)換效率，87%。電網(wǎng)損耗最小，具有大幅度節(jié) 能（30%50% ）的優(yōu)勢(shì)。它能有效克服當(dāng)前單相電除塵高壓電源功 率因數(shù)低M0.7、單相電源電能轉(zhuǎn)換效率理論計(jì)算只有70%,實(shí)際為 65%左右的缺點(diǎn)。在輸出百流功率相同的情況下，三相電源輸入的有 功功率和無(wú)功功率都比單相電源小。對(duì)于相同輸出容量的變壓器而 言，三相電源能

6、夠大大節(jié)約電能，以輸入電壓為AC380V，輸出電流1.0A，輸出電壓72KV為例對(duì)于單項(xiàng)電源：輸入電流：Iin = 1.0X72000Q.65/380R290A輸入的功率為 Pin = 380X290= 110.2KVA對(duì)于三相電源：輸入電流：Iin = 1.0X72000/）.85380八3 130A輸入的功率為：Pin = 380X130 X 3 85KVA節(jié)約的能源比為：110.2KVA85KVA = 25.2KVA25.2KVA/110.2KVA=23%2）有效提高輸出電壓和電暈功率，能顯著提高除塵效率在相同的場(chǎng)強(qiáng)下，三相電源相對(duì)于傳統(tǒng)的單相高壓電源，能有效 提高二次平均電壓（15%-

7、25%）和有效二次電流，向電場(chǎng)輸送更高的 有效電暈功率。單相高壓電源U2/I2波形三相高壓電源U2/I2波形通過(guò)上兩圖可看出單相的峰值電壓比平均電壓高25%-35%，而三相高壓電源輸出的u2/i2的紋波系數(shù)明顯小于單相高壓電源，其峰值 如上圖，假設(shè)峰值電壓與電場(chǎng)擊穿電壓都為69kV；單相電源二次 電壓平均值（表頭顯示值）在51kV的時(shí)候，電場(chǎng)開(kāi)始閃絡(luò)，而三 相電源由于輸出波形波動(dòng)小，其電壓平均值接近于峰值電壓，為 68 kV，同時(shí)，其二次有效電流能得到大幅度的提高。從上圖可清 楚得知三相電源輸出電壓的紋波特性使電場(chǎng)的U-I曲線得到有效 延伸，二次電壓平均值與有效電暈電流都得到提高。根據(jù)多依奇

8、公式n =1-e-A/Vw （式子中的3為驅(qū)進(jìn)速度，3邛vpvav，p為常數(shù)，vp二次 電壓峰值，vav為二次電壓平均值）可以得出結(jié)論：峰值電壓乘平均電壓 與除塵效率成正比。所以提高二次平均電壓就可有效提高除塵效 率。單相電源峰值電壓遠(yuǎn)大于平均電壓，造成火花放電提前的缺 點(diǎn)。尤其在用單相電源且閃絡(luò)點(diǎn)較低、二次電流輸出很低的工況 條件下，用三相電源可以顯著提高電壓平均值和有效電流平均值。電壓與平均電壓比接近M5%。幾乎接近純直流信號(hào)。3）三相供電完全平衡，有利于電網(wǎng)的安全運(yùn)行因?yàn)閱蜗嚯娫丛谑褂弥?，始終用兩相，空一相，在大型電除塵器 中不平衡電流可達(dá)到500A以上。而三相電源各相電壓、電流、磁通

9、的大小相等，相位上依次相差120度。任何時(shí)候電網(wǎng)都是平衡的，是 最科學(xué)合理的用電模式，有利于電網(wǎng)的安全運(yùn)行4）減小除塵變?nèi)萘考耙淮坞娎|線徑，節(jié)約成本。對(duì)于同等容量高壓設(shè)備而言，由于三相電源的一次電流值比單相 電源一次電流值小50%，所以三相電源的一次電纜的線徑顯著減小， 對(duì)用戶而言大大的節(jié)約了投資成本以常規(guī)一臺(tái)300MW發(fā)電機(jī)組為例，配二臺(tái)雙室4電場(chǎng)電除塵器（16 套高壓電源設(shè)備），電源選用1.2A/72kV規(guī)格。技術(shù)參數(shù)單相電源三相電源單臺(tái)一次電流IL325A155A單臺(tái)一次電壓VL380V380V單臺(tái)輸入功率S1123KVA100KVA設(shè)備數(shù)量N161616臺(tái)輸入總功率S總1968KVA1

10、600KVA16臺(tái)輸入總電流IL3128A2431A16臺(tái)輸出總功率S出1392KW1392KW動(dòng)力變實(shí)際功率S入2059KVA1600KVA動(dòng)力變選型規(guī)格2500KVA2000KVA從上表可以看出，對(duì)于新上項(xiàng)目，其總除塵變的選型可以降一個(gè)規(guī)格， 電纜選型也可以降一個(gè)規(guī)格，可以為用戶創(chuàng)造直接、明顯的經(jīng)濟(jì)效益四、三相和單相電源的性能比較技術(shù)指標(biāo)單相電源三相電源簡(jiǎn)明比較結(jié)論控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)1功率因數(shù)0.70.95三相功率因數(shù)大大高于單相2電能轉(zhuǎn)換小于66%大于87%三相電能轉(zhuǎn)換效率大大效率高于單相3輸出波形大于 25%-35%小于5%三相二次波形接近直流紋波系數(shù)信號(hào)4 輸入一次高（以1.0/72為低（以1.0/72為例，I為129A）可減少50%以上額定電流例，I 為 284A）5 輸出二次低高可提高15%以上平均電壓6 節(jié)能效果低高30%-50%7除塵效率低高出口絕對(duì)排放量下降20-40%8 性價(jià)比低高1.5-3年可收回改造成本單相電疆口1皿三相電疆DHEPTPtDHEPTStDHEPTStDHEPTStDHEP 下陣DHEPTPtDHEP 提高 DHEP 提高40%30%30%9.4%47%25%24%21%五、結(jié)論三相高壓電源經(jīng)過(guò)近年來(lái)的推廣應(yīng)用，以其：輸出的平均電壓高， 提高除塵效率；三相平衡供電；電能轉(zhuǎn)換效率高（大于等于87%