电除尘器接地故障处理方法探讨

潘武平，谢续文，高 诚

（太钢能源动力总厂，山西太原 030003）

前言

太钢能源动力总厂拥有2台300 MW发电机组，装机容量为600 MW，每台锅炉配有2台双室五电场静电除尘器。电除尘器在运行中，一旦出现本体内部短路，将会造成故障电场停运，除尘效率降低。而在运行情况下，由于内部处于高温、高电场环境中，几乎不可能进入电场内进行检查、维修，从而无法根治缺陷；并且电除尘器由于受高温、SO2气体腐蚀以及积灰太多等各种因素影响，无法长时期工作，严重影响发电机长期运行。如何在运行中消除电除尘器内部短路，确保电除尘器正常高效运行，就自然而然地摆在了我们面前。

1 电除尘器工作原理

电除尘器是一种烟气净化设备，工作原理是：烟气中灰尘尘粒通过高压静电场时，与电极间的正负离子和电子发生碰撞而荷电（或在离子扩散运动中荷电），荷电尘粒在电场力的作用下向异性电极运动并积附在异性电极上，通过振打等方式使电极上的灰尘落入收集灰斗中，使通过电除尘器的烟气得到净化，达到保护大气，保护环境的目的。电除尘工作原理见图1所示。

图1 电除尘工作原理图

2 电除尘螺旋线断线分析

电除尘螺旋线断线形式有多种，但螺旋线断线多发生在顶部和底部（中下部），正中部位断线极少，一般有这2种情况：（1）当断线发生在顶部（中上部）时，由于极线自重，会自然倒向阳极板，形成电场内部完全短路；（2）当断线发生在底部形成电场内部不完全短路，当电场运行时，断线受电场力的吸力倒向极板，造成电场短路报警。

造成螺旋线断线的原因主要螺旋线安装存在质量问题，如：螺旋线局部应力集中、螺旋线疲劳断损、螺旋线受放电拉弧造成的断线和螺旋线受烟气腐蚀的影响造成断线等。而我厂300 MW 发电机组电除尘螺旋线断线，造成短路接地故障的主要原因有以下几种：

（1）螺旋线由于长时间运行，老化造成断线

电除尘运行时内部温度高，阴极电晕线受热膨胀，当机组停运停止向电除尘器送入高温烟气时，由于螺旋线断面积较小，其热容量亦小，冷却收缩速度快；而框架构件截面积较大，热容量相应较大，冷却收缩却慢得多，由于螺旋线受拉并因此产生相当大的拉伸应力，致使螺旋线形成伸缩现象，电除尘器随机组开、停机越频繁，螺旋线拉伸次数越多，当超过螺旋线的屈伸极限时即断线。同时烟气中含有大量的粉尘运行及腐蚀性气体，如SO2，在运行中对螺旋线造成磨损及腐蚀，降低了螺旋线的强度，造成螺旋线长时间运行后断线。

（2）螺旋线本身存在断线隐患

螺旋线在生产过程中进行机械加工的主要部分在挂钩处，如果在加工过程中施工的机械力过大，就会在挂钩处产生伤痕，为螺旋线断线留下隐患。在安装过程中要求对螺旋线进行全面检查，发现有缺陷的要取出不能安装；但由于需要安装的螺旋线数量极大，超过两万根，安装人员不可能做到全部检查一遍，就可能将存在伤痕的螺旋线安装在电除尘上。

（3）在安装过程中由于施工不当造成断线

在安装电除尘器时，要求使用专用工具进行螺旋线安装，可以减少螺旋线拉伸过程中产生的螺旋回力，使螺旋线安装后受到的拉伸力在垂直方向，但安装人员在实际操作中为加快安装进度，采用直接拉直悬挂的方法，使螺旋线的螺旋回力集中在挂钩部分，产生应力集中的问题，在这个集中部位就容易产生断线。

（4）螺旋线摆动，疲劳断线

在电除尘器运行中，由于烟气的流动施加在螺旋线上一个推力，但烟气流速是随时变化的，造成了推力时大时小，因此螺旋线就会随烟气流动不断摆动。为清理阴极积灰，电除尘的阴极振打系统需要按周期振打阴极框架，这样就会造成螺旋线的来回摆动，两个摆动的叠加就会激发螺旋线产生较大的振幅，越靠近振打系统的螺旋线，其运行中的振幅就越大。如果螺旋线根部存在加工缺陷或应力集中时，随着螺旋线摆动次数的增加，在缺陷处或应力集中部就会达到疲劳极限，造成螺旋线断线。

3 电除尘本体内部故障致电场无法升压的故障分析

3.1 实接地，造成电场输出电压为零，报短路故障

电除尘运行时，三至五电场电晕线，即螺旋线因安装质量不好、螺旋线局部应力集中、疲劳断损、受放电拉弧影响、烟气中SO2腐蚀造成螺旋线断线。断线后的螺旋线，一部分脱落，一部分还挂在阴极上，另一端搭接在阳极板上造成实接地；或断线瞬间，电弧放电，螺旋线焊粘在阳极板上，造成实接地。

3.2 不完全实接地，但电场输出电压为零，报短路故障

电除尘运行时，断线的螺旋线底下一部分脱落、悬挂在阴极上，悬挂的螺旋线并不与阳极板相连，但螺旋线断线时，因受力等原因使悬挂的螺旋线变形，并具有一定长度，螺旋线只要受到外力，就产生摆动。刚开始电压较低时，还能产生微量电压，等电压升到一定程度的时候，瞬时电压变零，最后报短路故障。主要是阴极和阳极分别带负电和正电，异性电荷相互吸引，当电压升高一点后，阴极和阳极上积有足够电荷，能将断线悬挂在阴极上的螺旋线吸引过来，造成短路接地。

3.3 不接地，但电场输出电压很小

电场输出电压在1～5 kV，或在较低范围内摆动，最后仍然报短路故障。

3.4 不接地，但电场输出电压偏小

电场输出电压在5～25 kV，或在很低范围内摆动，最后仍然报短路故障。

3.5 不接地，但电场输出电压达不到额定电压

电场输出电压达25 kV 以上，电场能持续运行，但除尘效果不好。

后3类故障原因基本相同，螺旋线断线，底下一部分脱落，悬挂在阴极上，与阳极板隔有一定的距离，但螺旋线仍然具有一定的机械强度，烟气流速或电荷力吸引，并不能使螺旋线摆动与阳极板接触，电场能升起一定电压，但根据螺旋线与阳极板距离，产生后3种不同现象的故障。

4 电除尘螺旋线断线引起电除尘电场故障的在线处理方法

由于螺旋线数量太多，虽然选材上选用高强度不锈钢，但仍不能排除少部分断线，因此在运行中能够处理螺旋线断线引起电场故障，确保电除尘器正常高效运行，对电除尘安全、稳定运行有着重大的意义。

4.1 实接地故障处理方法

现采用电除尘接地故障常用外加电源，利用大电流烧断残留断线的方法——电流烧蚀法，进行处理。

从断线情况分析来看，只要将断开的螺旋线从极板上移开或取出，电场就可降压投运或完全投运。电场内螺旋线数量很大，上万根，移开一根螺旋线，基本上不会影响电除尘除尘效果。当断线形成完全短路时，即在电除尘阳极线、阴极线及小框架内形成一条闭合回路，电场阳极板、小框架相当于电源线，螺旋线断线部分相当于一个串联电阻，当电场上通入外部电源后，可以将螺旋线断线部分加热，只要电流足够大并且通电时间足够长时，就可以将螺旋线断线部分熔断，从而达到电场投运的目的。

4.2 不接地故障处理方法

采用在电除尘阴极上并接电容的方法——电弧烧蚀法，进行处理。

在不实接地情况下，由于烧断的螺旋线的残留部与阳极板间隔有一定的间隙，阴极电晕线与阳极板构不成回路，因此无法采用上面的电流烧蚀法，电场能升压至5 kV 以上，40 kV 以下的（与额定电压60 kV 以上还差很大），除尘效果极差或根本无法除尘，这时要烧断已断线的螺旋线，必须具有以下两个条件：（1）能产生一定高压，击穿电场断线螺旋线残留与阳极板间的间隙；（2）放电前必须存有一定能量，利用放电瞬间电流通路时，足够的能量产生足够大的电流，在间隙间产生电弧，利用电弧电流对断线螺旋线进行烧损，最后烧断间隙。利用电场本身硅整流变压器高电压输出、电流限制功能，对电容器进行充电，当电压升高到一定值时，存储了一定的电能后，这时达到螺旋线烧断残留间隙放电距离，间隙就开始放电，产生弧光电流。放电瞬间，电容器存储电能瞬时释放出来，弧光电流烧断断线螺旋线残留部分，从而达到电场所投运的目的。原理见图2所示。

图2 电容充电产生高压原理示意图

4.3 应用实例

通过施加外部电源，利用大电流烧断残留断线的方法——电流烧蚀法，处理300 MW1#锅炉电除尘B3接地故障。采用电流烧蚀法、电弧烧蚀法两种方法进行处理，并配合使用，成功地将9 个电场接地、电压升不起的故障消除，解决了困扰火力发电正常运行的一个老大难问题，提高了电除尘电场投入率。

5 结论

电除尘器的安全、稳定运行对实现环保指标非常重要，在环保指标越来越严格的情况下，烟尘排放不达标可能造成机组停机。如果停机消除电除尘器内部短路的缺陷，将会造成很大的经济损失。我们采用电流烧蚀法、电弧烧蚀法两种方法处理电除尘接地故障，解决了困扰火力发电正常运行的一个长期存在的问题，两种方法的配合使用，能彻底消除电除尘接地故障，提高电除尘电场投入使用率。