1引言
在電除塵技術中,一般都用單芯直流高壓濾塵電纜給電場供電,由於絕緣強度要求高,不但安裝與使用維修存在一定難度,而且電纜、電纜頭等經常出現因電場內部閃絡引起的瞬變高壓造成的放電和擊穿現象,影響其正常使用。我廠經過幾年摸索實踐,於1990年在2號窯尾SHWB-60m2電收塵器改造工程中用架空線取代了原ZLQC-75型高壓濾塵電纜。投運兩年多來,運行可靠,免卻了繁雜的校驗檢修,而且連經常燒壞電場端阻尼電阻的弊病也得到根除。
2使用情況
我廠2號窯尾電收塵器改造前,就已有在原1號窯尾電收塵器和3號水泥磨電收塵器上用架空線代替高壓電纜成功運行的試驗。在此基礎上,2號窯尾60m2電收塵器改造修復時,我們綜合考慮了氣候、安全、絕緣等諸因素,採用圖1所示方案用架空導線取代原高壓電纜。
圖1電收塵器用架空線供電示意圖
圖1中整流室內導體用Φ25mm的鍍鋅鋼管,採用這種型式的主要原因是鋼管容易依需要彎曲成型及有較好的機械強度;其次是有意加大導體的曲率半徑,以降低導體表面電場強度,減少大氣中固體粒子的荷電吸附。因電收塵器正常工作電流小於2A,故室外導體僅需從機械強度考慮,一般用截面大於16mm2的鋁絞線即可。我廠使用的是25mm2多膠塑膠絕緣鋁線。電收塵頂部引至電場的部分導體也採用Φ25mm鍍鋅管。整流室及電收塵頂部引至電場的導體需用支柱瓷瓶絕緣和支撐,支柱瓷瓶用ZA-35Y為宜,若無貨,用ZA-10Y也能滿足絕緣要求(我廠曾在3號水泥磨5m2電收塵上用單個X-4.5懸式瓷瓶吊8號鐵絲代替高壓電纜試用過半年,電壓升至70kV也未出現閃絡擊穿現象)。電收塵頂上引至電場的導體和整流室引至室外的導體端均用1mm厚的鐵板製做防雨罩罩住,且護罩及導體在端部均應做成防雨水倒灌結構。護罩截面做成拱門型較好,且需保證具有足夠的強度,罩內高壓導體距罩各點的垂直距離大於電收塵器異極間距100mm即可(我廠2號窯尾60m2電收塵器異極間距為150mm,而罩內最小距離為250mm)。另外護罩一定要和電收塵器本體一起可靠接地。
3架空線取代電纜後消除閃絡瞬變電壓破壞的理論探討
用架空線取代電收塵用高壓電纜後,消除了電纜外皮對地放電和電纜、電纜頭的放電擊穿及頻繁燒壞電場端阻尼電阻的一系列問題。究其原因,實際上是架空線的分布電容與電纜線相比甚小,故而在電場閃絡擊穿時因分布電容、電感的感應電壓對電纜及其附屬檔案和阻尼電阻的衝擊破壞較小。從圖2所示的等效電路可知,在電收塵器正常工作時,雖然電纜橫向分布電容上感應電壓幅度與電場供電電壓相等(約40～60kV),但分布電容中電壓、電流變化隨供電機組的脈動電壓、電容變化的頻率屬低頻性質,故不會出現破壞性的衝擊。但當電場中發生閃絡等瞬間短路時,電場電壓的突變也迫使電纜橫向分布電容瞬間放電;雖說各電收塵器的電纜長短、接地情況不盡相同,但由於電場閃絡頻率和其它電參數離散性很大,故滿足分布電容、電感諧振條件的機率很高,因此必然會在電纜縱向分布電感上激起高幅度的高頻感應電壓,這種高頻瞬變感應電壓的疊加就是各種擊穿故障的根源。
圖2電收塵器電纜供電時閃絡瞬變過程的等效電路
從圖2可看出,這種瞬變電壓的放電迴路有兩條:a迴路通過整流升壓機組、R1限流電阻放電,對於目前典型的可控矽調壓全波整流型供電機組而言,為保持電流平滑連續和抑制閃絡瞬變電壓對矽元件的衝擊及提高電暈功率,機組特性要么是高阻抗的,要么是中、低阻抗串電抗器的,其等效阻抗均較大,因而對閃絡瞬變電壓衝擊具有較強的阻尼作用。實際使用中也鮮見限流電阻R1的燒損現象,證明了此迴路高阻抗特性的阻尼效果。故此迴路不是閃絡時瞬變電能衝擊放電的主迴路。而b迴路僅通過阻尼電阻R2放電。由於對電纜擊穿等故障認識的不盡相同,加上工藝上製作大功率小體積電阻的困難等原因,R2的阻值一般在1kΩ左右,功率亦在1kW左右,故b迴路在閃絡工況時的高頻感抗較a迴路小得多,所以閃絡時的高頻瞬變電壓及能量主要由b迴路泄放,從而使得R2在閃絡時工作環境急驟惡化。造成R2的頻繁損壞。特別是在煙氣中粉塵比電阻高,閃絡頻繁的收塵工況,阻尼電阻的損壞機率就更大。
4結束語
從我廠用架空導線代替電收塵用高壓電纜的使用效果看,不但用於室外進行代替是可行的,對於那些電收塵器與整流室為樓上樓下布置和電收塵器、整流室均在室內的其它布置形式也同樣適用。但須在工作時可能接觸到的導體部分,加做牢靠的安全防護罩,且防護罩要同電收塵本體一起妥善接地。
在電除塵技術中,一般都用單芯直流高壓濾塵電纜給電場供電,由於絕緣強度要求高,不但安裝與使用維修存在一定難度,而且電纜、電纜頭等經常出現因電場內部閃絡引起的瞬變高壓造成的放電和擊穿現象,影響其正常使用。我廠經過幾年摸索實踐,於1990年在2號窯尾SHWB-60m2電收塵器改造工程中用架空線取代了原ZLQC-75型高壓濾塵電纜。投運兩年多來,運行可靠,免卻了繁雜的校驗檢修,而且連經常燒壞電場端阻尼電阻的弊病也得到根除。
2使用情況
我廠2號窯尾電收塵器改造前,就已有在原1號窯尾電收塵器和3號水泥磨電收塵器上用架空線代替高壓電纜成功運行的試驗。在此基礎上,2號窯尾60m2電收塵器改造修復時,我們綜合考慮了氣候、安全、絕緣等諸因素,採用圖1所示方案用架空導線取代原高壓電纜。
圖1電收塵器用架空線供電示意圖
圖1中整流室內導體用Φ25mm的鍍鋅鋼管,採用這種型式的主要原因是鋼管容易依需要彎曲成型及有較好的機械強度;其次是有意加大導體的曲率半徑,以降低導體表面電場強度,減少大氣中固體粒子的荷電吸附。因電收塵器正常工作電流小於2A,故室外導體僅需從機械強度考慮,一般用截面大於16mm2的鋁絞線即可。我廠使用的是25mm2多膠塑膠絕緣鋁線。電收塵頂部引至電場的部分導體也採用Φ25mm鍍鋅管。整流室及電收塵頂部引至電場的導體需用支柱瓷瓶絕緣和支撐,支柱瓷瓶用ZA-35Y為宜,若無貨,用ZA-10Y也能滿足絕緣要求(我廠曾在3號水泥磨5m2電收塵上用單個X-4.5懸式瓷瓶吊8號鐵絲代替高壓電纜試用過半年,電壓升至70kV也未出現閃絡擊穿現象)。電收塵頂上引至電場的導體和整流室引至室外的導體端均用1mm厚的鐵板製做防雨罩罩住,且護罩及導體在端部均應做成防雨水倒灌結構。護罩截面做成拱門型較好,且需保證具有足夠的強度,罩內高壓導體距罩各點的垂直距離大於電收塵器異極間距100mm即可(我廠2號窯尾60m2電收塵器異極間距為150mm,而罩內最小距離為250mm)。另外護罩一定要和電收塵器本體一起可靠接地。
3架空線取代電纜後消除閃絡瞬變電壓破壞的理論探討
用架空線取代電收塵用高壓電纜後,消除了電纜外皮對地放電和電纜、電纜頭的放電擊穿及頻繁燒壞電場端阻尼電阻的一系列問題。究其原因,實際上是架空線的分布電容與電纜線相比甚小,故而在電場閃絡擊穿時因分布電容、電感的感應電壓對電纜及其附屬檔案和阻尼電阻的衝擊破壞較小。從圖2所示的等效電路可知,在電收塵器正常工作時,雖然電纜橫向分布電容上感應電壓幅度與電場供電電壓相等(約40～60kV),但分布電容中電壓、電流變化隨供電機組的脈動電壓、電容變化的頻率屬低頻性質,故不會出現破壞性的衝擊。但當電場中發生閃絡等瞬間短路時,電場電壓的突變也迫使電纜橫向分布電容瞬間放電;雖說各電收塵器的電纜長短、接地情況不盡相同,但由於電場閃絡頻率和其它電參數離散性很大,故滿足分布電容、電感諧振條件的機率很高,因此必然會在電纜縱向分布電感上激起高幅度的高頻感應電壓,這種高頻瞬變感應電壓的疊加就是各種擊穿故障的根源。
圖2電收塵器電纜供電時閃絡瞬變過程的等效電路
從圖2可看出,這種瞬變電壓的放電迴路有兩條:a迴路通過整流升壓機組、R1限流電阻放電,對於目前典型的可控矽調壓全波整流型供電機組而言,為保持電流平滑連續和抑制閃絡瞬變電壓對矽元件的衝擊及提高電暈功率,機組特性要么是高阻抗的,要么是中、低阻抗串電抗器的,其等效阻抗均較大,因而對閃絡瞬變電壓衝擊具有較強的阻尼作用。實際使用中也鮮見限流電阻R1的燒損現象,證明了此迴路高阻抗特性的阻尼效果。故此迴路不是閃絡時瞬變電能衝擊放電的主迴路。而b迴路僅通過阻尼電阻R2放電。由於對電纜擊穿等故障認識的不盡相同,加上工藝上製作大功率小體積電阻的困難等原因,R2的阻值一般在1kΩ左右,功率亦在1kW左右,故b迴路在閃絡工況時的高頻感抗較a迴路小得多,所以閃絡時的高頻瞬變電壓及能量主要由b迴路泄放,從而使得R2在閃絡時工作環境急驟惡化。造成R2的頻繁損壞。特別是在煙氣中粉塵比電阻高,閃絡頻繁的收塵工況,阻尼電阻的損壞機率就更大。
4結束語
從我廠用架空導線代替電收塵用高壓電纜的使用效果看,不但用於室外進行代替是可行的,對於那些電收塵器與整流室為樓上樓下布置和電收塵器、整流室均在室內的其它布置形式也同樣適用。但須在工作時可能接觸到的導體部分,加做牢靠的安全防護罩,且防護罩要同電收塵本體一起妥善接地。
