高压脉冲电源在350㎡烧结机机尾除尘的应用

葛聪尧 天铁集团炼铁厂 15931025415

摘 要：为了满足新的环保要求，天铁集团炼铁厂对350㎡烧结机机尾除尘进行电源改造，本体电源改用浙江连成的EPP-Ⅱ型除尘高压脉冲电源，并将新的电源的调节方式与原有的工控系统相融合，实现了远程的调节，尾气粉尘排放浓度＜20mg/Nm3，满足了新的环保要求。

关键词：高压脉冲电源   iFix4.0   昆腾PLC

High voltage pulse power supply used in Ironmaking Plant of 350 square  meters sintering machine tail dust

Ge Congyao

Tiantie Group Ironmaking plant

Abstract: In order to meet the new requirements of environmental protection, Tiantie Group ironmaking plant power transformation of the tail of 350 square meters sintering machine dust, power switch Zhejiang into the body of EPP- type dust high-voltage pulse power supply, and the regulation of new power and the original control system integration, realize remote control, exhaust gas and dust emission concentration 20mg/Nm3, to meet the new requirements of environmental protection.

Keywords: high-voltage pulse power supply， iFix4.0，  quantum PLC

1.引言

炼铁厂350㎡烧结机机尾除尘电源，最初采用单相工频电源，利用可控硅进行电压调节，尾气粉尘排放浓度＜50mg/Nm3。随着新的排放标准的出台，机尾除尘排放达不到新的排放标准，因此炼铁厂对其进行改造，将除尘本体电源改为EPP-Ⅱ型除尘高压脉冲电源，投运后满足粉尘排放浓度＜20mg/Nm3的排放要求。

2.EPP-Ⅱ型除尘高压脉冲电源的特点

2.1 EPP-Ⅱ型除尘高压脉冲电源介绍

（1）EPP-Ⅱ型高压脉冲电源是一个高集成、模块化的大功率电源，能为高压静电除尘器电场提供所需的设备及控制系统，其主要由主油箱、逆变箱、控制箱、控制柜和散热系统组成，同时采用侧高压输出线方式，安装简单，与隔离开关连接方便，可户外安装在电除尘器顶部。EPP-Ⅱ型不仅可以通过触摸屏手操器进行操作，也可以采用 RS485 总线或 TCP/IP以太网在上位机进行集中管理、远程操作、参数修改、节能优化等。

EPP-Ⅱ型高压脉冲电源也是一种功率叠加电源，它的功率输出由两部分组成：基压部分和脉冲部分。基压部分输出的直流负高压，与脉冲部分输出的微秒级负高压脉冲，通过耦合叠加电路，产生一种脉冲叠加基压的电压形式，供给电除尘电场。脉冲电源的基压部分提供电场的驱动力，脉冲部分提供荷电电流，而且荷电效率比传统的直流电源高出许多倍，所以具有节能高效的特点。脉冲电源的工作原理与传统的工频电源等具有质的差别。EPP-Ⅱ型高压脉冲电源与传统的可控硅以及高频电源相比性能更优越，具有输出电压高、电源能耗低、转换效率高、除尘效率高，工况适应性强、模块化结构等显著优点，所以EPP-Ⅱ型高压脉冲电源是新一代的电除尘电源高端产品， 也是电除尘器供电电源技术的突破性进步。

（2）EPP-Ⅱ型除尘高压脉冲电源工作原理简介

图1高压脉冲电源工作原理图

如图1所示，总电路整体分为两大部分，基压部分和脉冲部分。基压部分我们采用的是高频电源简称高频基压部分，输入的三相工频交流电源X1、X2、X3经过三相全桥整流（D1）后变成低压直流电（基压整流电路），再经过全桥IGBT逆变电路(Q1- Q4)产生高频交流脉冲（基压逆变电路），高频高压整流变压器（TMF1）最后将低压高频交流脉冲升压整流(D3-D6)后（基压升压整流），产生负高压高频基压电压送至高压耦合电路，同时输出侧的基压二次电压和基压二次电流取样反馈信号反馈给控制器参于实时控制； 脉冲部分， 输入的三相工频交流电源X4、X5、X6经过脉冲前置升压整流可调电路，产生正高压直流电压500-2500V直流电（脉冲整流滤波），经过一个电感L2后给储能电容C6充电，打开IGBT后，在脉冲变压器(TMp)原边产生低压谐振脉冲，脉冲变压器(TMp)将低压谐振脉冲升压至负高压脉冲后（脉冲升压），同时输出侧的脉冲二次电压（峰峰值）和脉冲二次电流（峰峰值）信号反馈给控制器参于控制，脉冲部分送来的二次输出侧脉冲电压与高频基压部分送来的负高压高频基压电压叠加， 得到基压叠加脉冲的负高压电，供给电除尘器电场使用。

（3）EPP-Ⅱ型除尘高压脉冲电源特点优势简介

图2 EPP-Ⅱ型除尘高压脉冲电源的优势图

EPP-Ⅱ型脉冲电源基压采用高频电源， 基压稳定性更好， 比采用工频电源和三相电源更好，闪络的处理更及时；基压效率更高，功率因素、转换效率高的特点。

 EPP-Ⅱ型脉冲电源结构多样化，有一体（脉冲部分和基压部分（高频）放在同一个油箱）、分体（脉冲部分和基压部分（高频）分开放置在不同的油箱，脉冲电源和基压电源可以独立运行）两种模式，适用不同客户要求。

 EPP-Ⅱ型脉冲电源可以自由的根据本体情况在线计算脉冲宽度的能力，输出脉宽宽度很窄，能达到 60-75 微秒的脉宽宽度。

 EPP-Ⅱ型脉冲电源，输出功率大，输出电流的峰峰值最大规格可达 600A 以上；输出电压峰值可达 80kV 以上。

 EPP-Ⅱ型脉冲电源，采用先进的风冷技术、特殊风道设计和强制油冷循环技术。

 EPP-Ⅱ型脉冲电源，具有完善的保护电路(包括硬件电路和软件 )，可在高闪络频率下长期稳定运行。

 EPP-Ⅱ型脉冲电源，采用模块化设计，结构紧凑合理，更换方便，维护量极低。

 EPP-Ⅱ型脉冲电源，采用自动缓冲预冲电技术和母线电压实时监测技术。

（4）EPP-Ⅱ型除尘高压脉冲电源规格与选型

 根据机尾除尘的电气要求，我通过相关参数的对比和性价比，我选用EPP-Ⅱ 型。

其技术参数如下：基压：2.0A/60kV； 脉冲：600A/80kV  输入电压：三相电压380V±10% 功率因素 cosψ: >=0.92 转换效率: >=0.92 输入总功率（KVA）：162 输入总电流（A）：246 高频基压额定直流输出电压(KV)： 60，电压调节范围：0～100% 高频基压额定直流输出电流(A)；2.0，输出电流调节范围：0～100% 脉冲部分输出脉冲峰值电压(KV)：80 脉冲部分输出脉冲峰值电流(A)：600 总峰值电压：基压电压+脉冲电压峰峰值=140kV 脉冲部分重复频率(HZ)：0～100 脉冲部分脉冲宽度（uS）：60～75 闪络频率控制:1-100 次/每分主断路器分断能力 400V-25KA 冷却方式：风冷、特殊风道设计和强制油冷 变压器温升:小于 35℃ 闪络频率控制:1-100 次/每分 闪络封锁时间:1-50ms 通讯协议: 原生以太网接口,支持 10/100M 速率,支持 Modbus-TCP 协议,可支持多主机通讯(支持 5 台上位机加触摸屏),同时提供标准 MODBUS485 通讯接口。

4.触摸屏操作说明

EPP-Ⅱ型除尘高压脉冲电源设备通过触摸屏，个人计算机等人机界面调试和操作。 操作界面根据功能分成几个画面。

 （1）电场选择界面 此界面选择对哪台设备进行操作。选中后自动跳转到实时数据界面。 此电场选择界面需根据需要预设通讯地址，与对应电场设备通讯地址一致。具体画面如图3所示。

图3

（2）通信设置界面

在此界面用于修改所连接设备的标志，IP 地址和电场选择界面中选中的电场电除尘电源的 IP 地址，修改完成后需要重启设备。

（3）实时数据界面

如上图所示，此界面用于监控设备运行数据和相关状态。 基压频率控制：显示高频基压频率实时值，可以通过高频基压频率控制限定值限定频率控 制大小。 基压母线电压：输入的三相工频交流电源经过高频基压部分的三相全桥整流后直流电压平均值。 基压一次电流：显示高频基压主回路中一次侧电流实时值。可以通过高频基压一次电流限 定值限定一次电流大小。 基压二次电压：高频基压部分的高频变压器二次输出电压平均值，随电除尘电场工况变 化而变化。可以通过基压二次电压限定值限定二次电压大小。 基压二次电流：高频基压部分的高频变压器二次输出电流平均值，随电除尘电场工况变化而变化。可以通过基压二次电流限定值限定二次电流大小。 油温：显示变压器内油温度实时值。 闪络频率：显示每分钟数内闪络次数。脉冲母线电压：输入的三相工频交流电源经脉冲部分前置升压后输出的直流电压的平均 值。可以通过脉冲母线电压限定值限定脉冲母线电压的大小。 脉冲一次电流：显示脉冲主回路中一次侧电流实时值。可以通过脉冲部分一次电流限定值限定一次电流大小。脉冲二次电压（峰值）：脉冲部分的脉冲变压器输出脉冲二次电压峰值，可以通过脉冲二次电压限定值限定脉冲二次电压大小。 脉冲二次电流（峰值）：脉冲部分的脉冲变压器输出脉冲二次电流峰值，可以通过脉冲二次电流限定值限定脉冲二次电流大小。 脉冲IGBT 谐振电流：脉冲部分原边电流，即经脉冲部分的 IGBT 电流大小。 脉冲宽度：脉冲部分二次侧输出高压的脉冲宽度（高压脉冲的持续时间）。闪络说明：闪络电场瞬时的击穿，击穿电压为电场最高工作点电压，通过快速的寻找闪处理来进行控制调节。

5.通讯和监控画面的设置：

临界脉冲电源柜自带西门子PLC，我们将采集的数据通过以太网写入机尾除尘昆腾PLC，与原有的工控系统相融合，然后通过iFix4.0组态软件在工控机上做好监控画面，实现了就地和主控室两地控制和监视。改造后除尘的各种数据如: 一次电压、电流、二次电压、电流、直流母线电压 、IGBT温度，设备启停状态、设备故障、变压器故障、变压器温度在现场和主控室都可以看到。

6.结束语

机尾除尘自投运后，除尘效果良好，既满足了新的环保要求，又改善了大气环境，还能达到节能的效果。

参考文献

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[2] 侯志林. 过程控制与自动化仪表[M]. 北京：机械工业出版社.2000.

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[4] 华镕.   施耐德电气工业网络的协议、设计、安装和应用[M]. 北京：机械工业出版社.2008.

作者简介：葛聪尧，2005年6月毕业于河北理工大学自动控制学院，工学学士，工程师。现任炼铁厂自动化车间副主任，负责炼铁厂2800m3高炉和350㎡烧结机的电气、仪表和PLC的管理工作。