深入解析电除尘器及其电控系统接地问题

2019-11-29马宗煊

科技与创新 2019年15期

马宗煊

深入解析电除尘器及其电控系统接地问题

马宗煊

（厦门锐传科技有限公司，福建厦门 361001）

由于在工业生产中不可避免地会出现大量烟气和飞灰，在过去，电除尘器在大气污染治理中扮演了很重要的角色，然而在一些钢铁厂、化工厂中，存在大量的电除尘器由于接地问题导致设备运行不稳定、收尘效率低下等问题，严重影响了其稳定运行。随着国家对环保的要求提高，对设备稳定运行提出了更高的要求，因此找到一种能有效解决该问题的方法显得尤为重要。在相关项目实施过程中分析总结了一种行之有效的方法，以解决钢铁厂电除尘器在运行过程中接地问题导致的设备不稳定问题。

电除尘器；电控系统；接地网；元器件

1 引言

在电力系统中，对接地有严格的规范要求，这主要是为了满足电力系统工作的需要，为电流返回源头提供低阻抗的通道。简单地说，电力系统中的接地属于工作地，而电除尘器接地除了上述的工作地之外，还要为电除尘控制系统提供稳定、可靠的参考零电位，以保护控制元器件不被损坏，保证电除尘变压器二次反馈信号远距离传输的可靠性。也就是说，电除尘中所说的地既是工作地，也是保护地。

2 电除尘器电控接地规范

电除尘器的接地规范中指出，电除尘器应设置专用接地网，每台除尘器本体外壳与地网的连接不得少于6个点，接地电阻不得大于1 Ω，高压变压器室与控制室的接地网必须与除尘器本体的接地网可靠连接，控制柜可靠接地，高压变压器接地端与除尘器本体接地端可靠连接。但是在工业现场发现大量的电除尘器接地没有按照规范进行，有些钢铁厂由于年久失修、地基下沉等因素，电除尘器的专用接地网早就被破坏，有些从除尘器本体外壳连接地网的接地排直接腐蚀干净，除尘器控制室连接地网的地排也出现腐蚀的现象。种种原因导致大量的除尘器因为接地不良造成效率低下，在改造控制系统过程中，发现控制柜极易损坏、二次反馈信号极其不稳定，造成控制元件误动作。这些问题基本上是由地网的零电位被破坏造成的，但由于工业现场的各种复杂因素，这些原因又不容易被察觉。

3 电除尘器应用及原理

众所周知，在钢铁厂烧结机或回转窑烟气处理系统中，电除尘是必不可少的环节。电除尘器由阴极和阳极组成，其工作电源为直流负高压，即整流变压器中整流桥的正端接阳极板，负端接阴极线。通过阴极释放电子，使粉尘带上负电荷在电场力的作用下向阳极板移动，粉尘到达阳极负电荷与阳极的正电荷中。电除尘器负高压供电特性决定了接电源正极的阳极板必须可靠接地，否则阳极板本身将带正电荷，容易对周围的用电设备产生强烈的干扰，并威胁人员人身安全。阳极板无法可靠接地，提供一个绝对的零电位，在阴阳极闪络瞬间，将造成阴阳极之间的电位短暂互换，即会有短暂的阴极线上的电压比阳极板上的高，会反推电除尘器阳极板上已经收集下来的灰尘，导致电场飞灰严重，影响收尘效果，特别在电场内部发生闪络时，这种现象尤为明显。因此电除尘器本体阳极板必须可靠接地。由于电除尘电控系统的二次采集及闪络检测电路的公共端必须为高压变压器的接地端，即电除尘器的阳极板，还因为电控系统一般布置在电除尘器本体最近的电控柜内，因此电除尘器电控系统的接地端必须可靠，而且必须与电除尘器本体外壳接地一致，为严格意义上的一致地，否则由于干扰，不同地之间在电场闪络瞬间会造成几万伏的电位差。

4 电除尘器常见的线路问题分析

某钢铁厂的一台运行了10年以上的回转窑，其烟气处理的电除尘器为单室三电场，于2017-06进行了电控系统改造，使用智能变频脉冲电源，在该除尘器的变压器反馈线中，接变压器接地端的线与控制系统接地之间用示波器查看这两个地之间的波形，波形使用1 000×的探头测得，两个地之间经常出现13 kV的脉冲电压。电控系统中闪络计数在电源输出电压10 kV以下持续增加，每分钟达到12 391次，导致该电场电源无法正常工作，这在行业内被称作“假闪”。起初并未怀疑该除尘器及其电控系统接地有问题，但是假闪次数高得离谱，根据电控系统电源中检测闪络的技术微分原理得知，只要二次电流反馈与地线之间的电压有突变，即判断有闪络发生，所以怀疑电除尘器本体阳极板接地端与电控系统接地端不是一个地。再查看本体顶部高压变压器与控制室中控制柜的桥架接线，发现只有一次侧两根电缆，和三芯反馈电缆，并没有单独的地线连接。根据前述的电除尘器接地标准及电除尘器原理，每个电场各使用一根25 mm2的电缆从本体顶部变压器接地端连接至控制室的控制柜接地端，再用示波器量变压器反馈线接地线与控制柜接地端之间的电压，没有出现闪络的情况。电控系统中闪络次数在电源输出电压10 kV以下时不会增加，说明电除尘器本体阳极板、变压器接地端、控制室接地端处同一地平面。

在之后的运行中，经常出现类似假闪的现象，即一台电源设备发生闪络时另外两台也同时发生闪络现象，经过现场跟踪发现，其中一个电场发生闪络（电场中传出闪络的啪啪声），而其他另外两个电场并没有闪络，但是另外两台电源柜却出现了闪络次数计数和控制电源输出复位的情况。根据电控系统电源中检测闪络的技术微分原理得知只要二次电流反馈与地线之间的电压有突变，即判断有闪络发生，分析出现上述现象主要原因是虽然通过使用一根25 mm2的电缆从本体顶部变压器接地端连接至控制室的控制柜接地端，使电除尘器阳极板、高压变压器接地端（变压器正极）、控制柜接地端连接在一起，处于同一电位，解决了不同电位造成的不同地之间的电位差，但是这三者跟真正的大地之间存在比较大的接地电阻，也就是说，除尘器阳极板、高压变压器接地端、控制柜接地端并不能提供绝对的零电位，在其中一个电场发生闪络时，高频大电流瞬间将除尘器阳极板、高压变压器接地端、控制柜接地端组成的地平面电位抬升，造成另外两台实际未发生闪络的电源控制柜获得二次电流，与地之间的电压瞬间突变，从而误判断为闪络信号。

在运行中，除上述问题，还时常发生散热风扇损坏导致控制电源跳闸的事故。散热风扇为金属外壳，供电电压为工频交流380 V，风扇直接通过外壳固定在控制柜的外壳上，把损坏的散热风扇外壳拆下后发现，风扇电机线圈与外壳之间结缘破坏，导致电机线圈与风扇外壳之间打火造成风扇损坏和控制电源跳闸。通过查询该型号的散热风扇规格书并咨询厂家工程师得知，风扇电机线圈与外壳之间的绝缘耐压为交流1 500 V，按照常规380 V交流供电，耐压足够了，但为什么在这个环境下容易损坏，通过分析依然认为是由接地点无法提供绝对的零电位造成的。电场内部闪络瞬间抬高阳极板的电位，导致整个地电位被抬高，使得风扇外壳与电机线圈之间的电压超过1 500 V，破坏了绝缘，造成散热风扇的损坏。使用示波器测量接地点与380 V电源线直间的波形，发现闪络瞬间这两端的电压瞬间脉冲峰值能达到1 860 V左右，正常时候电压为交流220 V，峰值在312 V左右。

5 电除尘器接地问题分析及其应对措施

总结上述两个问题，分别是电场发生闪络，另外两个电场同时发生假闪和散热风扇频繁损坏。两个问题都是由地线的接地电阻达不到要求造成的，而且不容易发现。现场顺着接地线查找其最终的接地点，发现电控室连接地网的地排由于年代久远且缺乏维修保养，在接近地平面的位置都被腐蚀殆尽，而且除尘器本体阳极板上连接地网的地排也出现了不同程度的腐蚀。由于该钢厂地理位置及生产环境的原因，导致土壤含硫量较高，而且地基下沉严重，导致早年间建电除尘器时预先制作的地网被严重腐蚀和破坏。

处理办法如下：在电除尘器本体与控制室最近的有条件的位置挖250 cm×150 cm×300 cm的深坑，坑底洒入15 kg的氯化钠，埋入紫铜板（1 500 mm×600 mm×3 mm）。把扁钢与紫铜板焊接在一起引出地面当作引线。将镀锌扁钢与扁钢焊接在一起，离地面1.5 m处，使用接地电阻测试仪测试地网的电阻小于1 Ω，如果不满足，则增加扁钢的数量。使用黄土填埋上深坑，把镀锌扁钢用200 mm2铜芯电缆接至电除尘器本体外壳大梁上，使用100 mm2铜芯电缆从镀锌扁钢接至控制室控制柜的接地端。

按照上述方法处理完成后观察运行3个月，除了本体阴极线断线、工况波动造成的闪络之外，没有发生假闪的现象，其中一台闪络，另外两台设备同时假闪的情况得到了彻底的解决，控制柜散热风扇频繁损坏的情况没有再发生。