恒流高压直流电源的自动控制及应用

前 言   

恒流高压直流电源自上世纪八十年代开始应用于电除尘以来，以其独特的供电特性，良好的应用效果，逐渐被业内专业人士认可；特别是在一些烟气条件变化较大的场合更是专业人士首选电除尘器配套高压电源。如现在在水泥行业的立窑收尘、回转窑窑尾电收尘；钢铁行业的烧结收尘、焦化行业的电捕焦油；有色冶炼行业的电收尘、电除雾等几乎全部采用恒流高压直流电源。   

1、 恒流高压直流电源的供电特性

恒流高压直流电源简称“恒流源”，它其实是一种“电流源”；即电源输出电流的大小与负载的大小无关，其主控量是“电流” 。该电源应用在电除尘器上，与“电压源”相比具备很多优点：其一是该电源在电除尘器上的供电特性呈“正反馈”工作，即电源输出电功率大小
与除尘器所需电功率大小成正比关系；如当除尘器某时刻粉尘浓度变大，要除尘器保持除尘效率不变则需要给除尘器供电的高压电源在该时刻同步增大输出功率；正由于恒流源输出电流恒定，而输出电压随负载大小变化而变化，当粉尘浓度变大时，则恒流电源输出电压也同步增大，所反应在除尘器上即电源输出电功率是同步增大。而正是由于恒流电源对除尘器来说是正反馈工作，所以该电源适应工况能力强，运行稳定，且能长期保持高沉积效率。其二是该电源输出波形无畸变（该电源主要采用L-C回路来实现由电压源到电流源的变换），能提高除尘器的运行电压、电流水平，提高除尘器的工作效率；由于除尘器机械特性（极间距、极线形式、极板形式等）在除尘器安装好后是一定的，则对该除尘器来说无能采用何种电源其击穿电压（峰值电压）也是一定的，在同样的峰值电压下，那么输出波形无畸变的电源相对于波形有畸变的电源来说其工作电压（平均电压）肯定要高些。其三是该电源由于是一种电流源，故能承受瞬态、稳态的短路情况；且采用模块式并联结构，其可靠性更高，操作简单、维修方便。

2、 恒流高压直流电源的三种控制工作方式

恒流高压直流电源目前有三种控制工作方式：第一种是最原始的手动控制工作方式，即所有的开机操作程序全部在控制柜面板上采用按钮形式，投入电除尘器的工作电流的大小由操作员根据电流选择键的开关来控制；第二种是采用液晶显示屏、触摸开关与单片机相结合的自动控制的工作方式，同时可进中央DCS系统进行中央控制；第三种是采用触摸屏与PLC 相结合的自动控制方式。

2.1 HVCC-1型：手动控制方式

该种控制方式是恒流高压直流电源最原始的工作方式，基本工作方式是全部的操作开关采用按扭形式，电流的调节是人工根据需要来增加或减少电流选择键以达到所需电流大小的目的。该种工作方式目前广泛应用在一些自动化程度要求不高，工况条件较为恶劣的地方，同时该种电源操作也较简单。

2.2 HVCC-2型：RTU与EPIC（单片机）相结合的自动控制方式，同时可进中央DCS系统集中控制

该型号电源具备HVCC-1型恒流高压直流电源基本供电特点，即恒流输出、正反馈工作特性；同时控制回路采用先进的单片机和外围芯片，实现自动化控制。其RTU控制工作模式有：

1、电压整定值工作方式
2、电流整定值工作方式
3、普通火花跟踪工作方式
4、DCS集中控制电流整定值工作方式
5、DCS集中控制电压整定值工作方式。

该电源具备以下工作特点：

1、可现场手动工作控制，相当于应用HVCC-1型
2、可现场RTU设定参数，实现自动工作方式
3、无需通讯协议，直接连入工厂DCS系统集中控制
4、可在RTU上实现一次电流值、一次电压值、二次电流值和整定值、二次电压值和整定值同步显示
5、可实现在中央DCS上显示二次电压值和二次电流值
6、具有数据的记录保存及打印功能
7、故障报警停机有：门开关、安全连锁、过欠电压、过氧。该电源中央控制要求如下：

电收尘器恒流源设备向DCS系统提供下列信号

备妥信号：允许DCS远程启动信号（无源接点，DI）
运行信号：高压控制系统运行信号（无源接点，DI）
综合报警信号：设备故障报警信号（无源接点，DI）
二次电压反馈信号：电收尘器二次高压电压值（4～20mA对应0～100%，AI）
二次电流反馈信号：电收尘器二次高压电流值（4～20mA对应0～100%，AI）

DCS系统向电收尘器恒流源设备提供下列信号

复位信号：关机或故障报警后重新启动（无源接点，DO）
启动/关机信号：启动和停止电收尘器恒流源（无源接点，DO）
恒流源设备运行电流设定信号：（4～20mA，DC）控制恒流源设备运行电流， 即控制二次电流值的大小，AO；

上述DI（开关量输入点）、DO（开关量输出点）、AI（模拟量输入点）、AO（模拟量输出点）均对于DCS系统而言。

*其他功能可据用户要求在技术可能的前提下可做出相应修改！

2.3 HVCC-3型：触摸屏与PLC、DCS系统相结合的工作方式

该型号电源采用西门子TP170A触摸屏，S7-200 CPU226 PLC为主要控制部件，其电源内部元气件更少，更加模块化，结构更简单，方便用户维修，运行更加可靠。该型号电源通过触摸屏的组态和PLC的编程以实现自动控制的要求。电源开机后触摸屏显示五种工作模式可供选择，分别是：

1、手动工作模式
2、PLC电流整定值工作模式
3、PLC电压整定值工作模式
4、DCS集中电流整定值工作模式
5、DCS集中电压整定值工作模式

该型号的恒流高压直流电源人机界面更加直观简洁，既可以实现现场自动控制运行的工作模式，也可以通过专用模块与中央DCS系统直接连接以实现中央控制要求。该类型电源采用模块化成熟产品“PLC”，大大简化产品内部结构线路，减少故障点，使产品工作更加稳定，而且PLC在市场上来讲是一种通用产品；用户更换起来十分方便；但该型号产品的硬件（如触摸屏、PLC）成本较HVCC-2型来说相对更高一些，目前只适合一些要求很高，经济条件较好的用户单位。

3、恒流高压直流电源的应用事例

以应用在水泥窑尾电收尘为例：浙江三狮集团湖州达强建材有限公司日产2000T水泥旋

窑窑尾155m2电收尘器本体是由河南某电收尘器厂制做，高压电源采用上海誉腾电源设备有限公司生产的HVCC-2-72kV/1.2A-OUT型恒流高压直流电源；处理烟气量是4.7×105m3/h；在某一时刻测得其入口含尘浓度为69g/Nm3，出口浓度为为40mg/Nm3，除尘效率高达99.94%；电源的运行操作及状态显示在现场或中央控制室都可同步进行。该电源使用一年多来，运行稳定无故障，深得用户的好评。