深入解析電除塵器及其電控系統(tǒng)接地問題

馬宗煊

深入解析電除塵器及其電控系統(tǒng)接地問題

馬宗煊

（廈門銳傳科技有限公司，福建 廈門 361001）

由于在工業(yè)生產(chǎn)中不可避免地會出現(xiàn)大量煙氣和飛灰，在過去，電除塵器在大氣污染治理中扮演了很重要的角色，然而在一些鋼鐵廠、化工廠中，存在大量的電除塵器由于接地問題導致設備運行不穩(wěn)定、收塵效率低下等問題，嚴重影響了其穩(wěn)定運行。隨著國家對環(huán)保的要求提高，對設備穩(wěn)定運行提出了更高的要求，因此找到一種能有效解決該問題的方法顯得尤為重要。在相關項目實施過程中分析總結(jié)了一種行之有效的方法，以解決鋼鐵廠電除塵器在運行過程中接地問題導致的設備不穩(wěn)定問題。

電除塵器；電控系統(tǒng)；接地網(wǎng)；元器件

1 引言

在電力系統(tǒng)中，對接地有嚴格的規(guī)范要求，這主要是為了滿足電力系統(tǒng)工作的需要，為電流返回源頭提供低阻抗的通道。簡單地說，電力系統(tǒng)中的接地屬于工作地，而電除塵器接地除了上述的工作地之外，還要為電除塵控制系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠的參考零電位，以保護控制元器件不被損壞，保證電除塵變壓器二次反饋信號遠距離傳輸?shù)目煽啃?。也就是說，電除塵中所說的地既是工作地，也是保護地。

2 電除塵器電控接地規(guī)范

電除塵器的接地規(guī)范中指出，電除塵器應設置專用接地網(wǎng)，每臺除塵器本體外殼與地網(wǎng)的連接不得少于6個點，接地電阻不得大于1 Ω，高壓變壓器室與控制室的接地網(wǎng)必須與除塵器本體的接地網(wǎng)可靠連接，控制柜可靠接地，高壓變壓器接地端與除塵器本體接地端可靠連接。但是在工業(yè)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)大量的電除塵器接地沒有按照規(guī)范進行，有些鋼鐵廠由于年久失修、地基下沉等因素，電除塵器的專用接地網(wǎng)早就被破壞，有些從除塵器本體外殼連接地網(wǎng)的接地排直接腐蝕干凈，除塵器控制室連接地網(wǎng)的地排也出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象。種種原因?qū)е麓罅康某龎m器因為接地不良造成效率低下，在改造控制系統(tǒng)過程中，發(fā)現(xiàn)控制柜極易損壞、二次反饋信號極其不穩(wěn)定，造成控制元件誤動作。這些問題基本上是由地網(wǎng)的零電位被破壞造成的，但由于工業(yè)現(xiàn)場的各種復雜因素，這些原因又不容易被察覺。

3 電除塵器應用及原理

眾所周知，在鋼鐵廠燒結(jié)機或回轉(zhuǎn)窯煙氣處理系統(tǒng)中，電除塵是必不可少的環(huán)節(jié)。電除塵器由陰極和陽極組成，其工作電源為直流負高壓，即整流變壓器中整流橋的正端接陽極板，負端接陰極線。通過陰極釋放電子，使粉塵帶上負電荷在電場力的作用下向陽極板移動，粉塵到達陽極負電荷與陽極的正電荷中。電除塵器負高壓供電特性決定了接電源正極的陽極板必須可靠接地，否則陽極板本身將帶正電荷，容易對周圍的用電設備產(chǎn)生強烈的干擾，并威脅人員人身安全。陽極板無法可靠接地，提供一個絕對的零電位，在陰陽極閃絡瞬間，將造成陰陽極之間的電位短暫互換，即會有短暫的陰極線上的電壓比陽極板上的高，會反推電除塵器陽極板上已經(jīng)收集下來的灰塵，導致電場飛灰嚴重，影響收塵效果，特別在電場內(nèi)部發(fā)生閃絡時，這種現(xiàn)象尤為明顯。因此電除塵器本體陽極板必須可靠接地。由于電除塵電控系統(tǒng)的二次采集及閃絡檢測電路的公共端必須為高壓變壓器的接地端，即電除塵器的陽極板，還因為電控系統(tǒng)一般布置在電除塵器本體最近的電控柜內(nèi)，因此電除塵器電控系統(tǒng)的接地端必須可靠，而且必須與電除塵器本體外殼接地一致，為嚴格意義上的一致地，否則由于干擾，不同地之間在電場閃絡瞬間會造成幾萬伏的電位差。

4 電除塵器常見的線路問題分析

某鋼鐵廠的一臺運行了10年以上的回轉(zhuǎn)窯，其煙氣處理的電除塵器為單室三電場，于2017-06進行了電控系統(tǒng)改造，使用智能變頻脈沖電源，在該除塵器的變壓器反饋線中，接變壓器接地端的線與控制系統(tǒng)接地之間用示波器查看這兩個地之間的波形，波形使用1 000×的探頭測得，兩個地之間經(jīng)常出現(xiàn)13 kV的脈沖電壓。電控系統(tǒng)中閃絡計數(shù)在電源輸出電壓10 kV以下持續(xù)增加，每分鐘達到12 391次，導致該電場電源無法正常工作，這在行業(yè)內(nèi)被稱作“假閃”。起初并未懷疑該除塵器及其電控系統(tǒng)接地有問題，但是假閃次數(shù)高得離譜，根據(jù)電控系統(tǒng)電源中檢測閃絡的技術(shù)微分原理得知，只要二次電流反饋與地線之間的電壓有突變，即判斷有閃絡發(fā)生，所以懷疑電除塵器本體陽極板接地端與電控系統(tǒng)接地端不是一個地。再查看本體頂部高壓變壓器與控制室中控制柜的橋架接線，發(fā)現(xiàn)只有一次側(cè)兩根電纜，和三芯反饋電纜，并沒有單獨的地線連接。根據(jù)前述的電除塵器接地標準及電除塵器原理，每個電場各使用一根25 mm2的電纜從本體頂部變壓器接地端連接至控制室的控制柜接地端，再用示波器量變壓器反饋線接地線與控制柜接地端之間的電壓，沒有出現(xiàn)閃絡的情況。電控系統(tǒng)中閃絡次數(shù)在電源輸出電壓10 kV以下時不會增加，說明電除塵器本體陽極板、變壓器接地端、控制室接地端處同一地平面。

在之后的運行中，經(jīng)常出現(xiàn)類似假閃的現(xiàn)象，即一臺電源設備發(fā)生閃絡時另外兩臺也同時發(fā)生閃絡現(xiàn)象，經(jīng)過現(xiàn)場跟蹤發(fā)現(xiàn)，其中一個電場發(fā)生閃絡（電場中傳出閃絡的啪啪聲），而其他另外兩個電場并沒有閃絡，但是另外兩臺電源柜卻出現(xiàn)了閃絡次數(shù)計數(shù)和控制電源輸出復位的情況。根據(jù)電控系統(tǒng)電源中檢測閃絡的技術(shù)微分原理得知只要二次電流反饋與地線之間的電壓有突變，即判斷有閃絡發(fā)生，分析出現(xiàn)上述現(xiàn)象主要原因是雖然通過使用一根25 mm2的電纜從本體頂部變壓器接地端連接至控制室的控制柜接地端，使電除塵器陽極板、高壓變壓器接地端（變壓器正極）、控制柜接地端連接在一起，處于同一電位，解決了不同電位造成的不同地之間的電位差，但是這三者跟真正的大地之間存在比較大的接地電阻，也就是說，除塵器陽極板、高壓變壓器接地端、控制柜接地端并不能提供絕對的零電位，在其中一個電場發(fā)生閃絡時，高頻大電流瞬間將除塵器陽極板、高壓變壓器接地端、控制柜接地端組成的地平面電位抬升，造成另外兩臺實際未發(fā)生閃絡的電源控制柜獲得二次電流，與地之間的電壓瞬間突變，從而誤判斷為閃絡信號。

在運行中，除上述問題，還時常發(fā)生散熱風扇損壞導致控制電源跳閘的事故。散熱風扇為金屬外殼，供電電壓為工頻交流380 V，風扇直接通過外殼固定在控制柜的外殼上，把損壞的散熱風扇外殼拆下后發(fā)現(xiàn)，風扇電機線圈與外殼之間結(jié)緣破壞，導致電機線圈與風扇外殼之間打火造成風扇損壞和控制電源跳閘。通過查詢該型號的散熱風扇規(guī)格書并咨詢廠家工程師得知，風扇電機線圈與外殼之間的絕緣耐壓為交流1 500 V，按照常規(guī)380 V交流供電，耐壓足夠了，但為什么在這個環(huán)境下容易損壞，通過分析依然認為是由接地點無法提供絕對的零電位造成的。電場內(nèi)部閃絡瞬間抬高陽極板的電位，導致整個地電位被抬高，使得風扇外殼與電機線圈之間的電壓超過1 500 V，破壞了絕緣，造成散熱風扇的損壞。使用示波器測量接地點與380 V電源線直間的波形，發(fā)現(xiàn)閃絡瞬間這兩端的電壓瞬間脈沖峰值能達到1 860 V左右，正常時候電壓為交流220 V，峰值在312 V左右。

5 電除塵器接地問題分析及其應對措施

總結(jié)上述兩個問題，分別是電場發(fā)生閃絡，另外兩個電場同時發(fā)生假閃和散熱風扇頻繁損壞。兩個問題都是由地線的接地電阻達不到要求造成的，而且不容易發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)場順著接地線查找其最終的接地點，發(fā)現(xiàn)電控室連接地網(wǎng)的地排由于年代久遠且缺乏維修保養(yǎng)，在接近地平面的位置都被腐蝕殆盡，而且除塵器本體陽極板上連接地網(wǎng)的地排也出現(xiàn)了不同程度的腐蝕。由于該鋼廠地理位置及生產(chǎn)環(huán)境的原因，導致土壤含硫量較高，而且地基下沉嚴重，導致早年間建電除塵器時預先制作的地網(wǎng)被嚴重腐蝕和破壞。

處理辦法如下：在電除塵器本體與控制室最近的有條件的位置挖250 cm×150 cm×300 cm的深坑，坑底灑入15 kg的氯化鈉，埋入紫銅板（1 500 mm×600 mm×3 mm）。把扁鋼與紫銅板焊接在一起引出地面當作引線。將鍍鋅扁鋼與扁鋼焊接在一起，離地面1.5 m處，使用接地電阻測試儀測試地網(wǎng)的電阻小于1 Ω，如果不滿足，則增加扁鋼的數(shù)量。使用黃土填埋上深坑，把鍍鋅扁鋼用200 mm2銅芯電纜接至電除塵器本體外殼大梁上，使用100 mm2銅芯電纜從鍍鋅扁鋼接至控制室控制柜的接地端。

按照上述方法處理完成后觀察運行3個月，除了本體陰極線斷線、工況波動造成的閃絡之外，沒有發(fā)生假閃的現(xiàn)象，其中一臺閃絡，另外兩臺設備同時假閃的情況得到了徹底的解決，控制柜散熱風扇頻繁損壞的情況沒有再發(fā)生。

6 總結(jié)

整個接地問題從現(xiàn)象發(fā)生到現(xiàn)場運行跟蹤查看再到原因分析，最后處理方案的制訂、實施和后期的觀察運行整個過程耗時7個月。工業(yè)現(xiàn)場特別是年代久遠的電除塵器由于其建設、運行過程中很多人員的接地概念模糊，導致對地線的認識和維護極其欠缺，出現(xiàn)問題后很難及時判斷并查找問題的本質(zhì)。

［1］張作狀.燒結(jié)機頭電除塵器的數(shù)值模擬及現(xiàn)場實測［J/OL］.［2019-07-22］.環(huán)境工程學報，http://kns.cnki.net/KCMS/detail/11.5591.x.20190715.0912.002.html.

［2］張建平，高鵬飛，徐達成.不同煙氣流速下線板式電除塵器中磁場效應分析［J/OL］.［2019-07-22］.環(huán)境工程學報，http://kns.cnki.net/KCMS/detail/11.5591.X.20190715.1023.010.html.

［3］孫淮浦.用于轉(zhuǎn)爐電除塵器的高頻恒流高壓直流電源［J］.工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，2019，6（3）：52-55.

［4］高海歐.靜電除塵器在生物質(zhì)燃料鍋爐系統(tǒng)中的應用及技術(shù)優(yōu)化［J］.機電信息，2019（17）：45-46.

［5］江晨.脈沖電源在電除塵器上的應用特性分析［J］.機電信息，2019（17）：62-63.

X773

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.15.056

2095－6835（2019）15－0137－02

馬宗煊（1984—），男，福建龍巖人，畢業(yè)于集美大學，本科，中級工程師，研究方向為工業(yè)電除塵電源設計及應用。

〔編輯：王霞〕