馬宗煊

深入解析電除塵器及其電控系統(tǒng)接地問(wèn)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(huì)出現(xiàn)大量煙氣和飛灰，在過(guò)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(wèn)題導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定、收塵效率低下等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了其穩(wěn)定運(yùn)行。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求提高，對(duì)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的要求，因此找到一種能有效解決該問(wèn)題的方法顯得尤為重要。在相關(guān)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)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(yùn)行過(guò)程中接地問(wèn)題導(dǎo)致的設(shè)備不穩(wěn)定問(wèn)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(duì)接地有嚴(yán)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(jiǎn)單地說(shuō)，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(hù)控制元器件不被損壞，保證電除塵變壓器二次反饋信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)目煽啃浴Ｒ簿褪钦f(shuō)，電除塵中所說(shuō)的地既是工作地，也是保護(hù)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(yīng)設(shè)置專用接地網(wǎng)，每臺(tái)除塵器本體外殼與地網(wǎng)的連接不得少于6個(gè)點(diǎn)，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(chǎng)發(fā)現(xiàn)大量的電除塵器接地沒(méi)有按照規(guī)范進(jìn)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?yàn)榻拥夭涣荚斐尚实拖?，在改造控制系統(tǒng)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)控制柜極易損壞、二次反饋信號(hào)極其不穩(wěn)定，造成控制元件誤動(dòng)作。這些問(wèn)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(chǎng)的各種復(fù)雜因素，這些原因又不容易被察覺(jué)。

3 電除塵器應(yīng)用及原理

眾所周知，在鋼鐵廠燒結(jié)機(jī)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(yáng)極組成，其工作電源為直流負(fù)高壓，即整流變壓器中整流橋的正端接陽(yáng)極板，負(fù)端接陰極線。通過(guò)陰極釋放電子，使粉塵帶上負(fù)電荷在電場(chǎng)力的作用下向陽(yáng)極板移動(dòng)，粉塵到達(dá)陽(yáng)極負(fù)電荷與陽(yáng)極的正電荷中。電除塵器負(fù)高壓供電特性決定了接電源正極的陽(yáng)極板必須可靠接地，否則陽(yáng)極板本身將帶正電荷，容易對(duì)周圍的用電設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾，并威脅人員人身安全。陽(yáng)極板無(wú)法可靠接地，提供一個(gè)絕對(duì)的零電位，在陰陽(yáng)極閃絡(luò)瞬間，將造成陰陽(yáng)極之間的電位短暫互換，即會(huì)有短暫的陰極線上的電壓比陽(yáng)極板上的高，會(huì)反推電除塵器陽(yáng)極板上已經(jīng)收集下來(lái)的灰塵，導(dǎo)致電場(chǎng)飛灰嚴(yán)重，影響收塵效果，特別在電場(chǎng)內(nèi)部發(fā)生閃絡(luò)時(shí)，這種現(xiàn)象尤為明顯。因此電除塵器本體陽(yáng)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(luò)檢測(cè)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(yáng)極板，還因?yàn)殡娍叵到y(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(yán)格意義上的一致地，否則由于干擾，不同地之間在電場(chǎng)閃絡(luò)瞬間會(huì)造成幾萬(wàn)伏的電位差。

4 電除塵器常見(jiàn)的線路問(wèn)題分析

某鋼鐵廠的一臺(tái)運(yùn)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(chǎng)，于2017-06進(jìn)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(gè)地之間的波形，波形使用1 000×的探頭測(cè)得，兩個(gè)地之間經(jīng)常出現(xiàn)13 kV的脈沖電壓。電控系統(tǒng)中閃絡(luò)計(jì)數(shù)在電源輸出電壓10 kV以下持續(xù)增加，每分鐘達(dá)到12 391次，導(dǎo)致該電場(chǎng)電源無(wú)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(wèn)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(cè)閃絡(luò)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(luò)發(fā)生，所以懷疑電除塵器本體陽(yáng)極板接地端與電控系統(tǒng)接地端不是一個(gè)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(méi)有單獨(dú)的地線連接。根據(jù)前述的電除塵器接地標(biāo)準(zhǔn)及電除塵器原理，每個(gè)電場(chǎng)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(méi)有出現(xiàn)閃絡(luò)的情況。電控系統(tǒng)中閃絡(luò)次數(shù)在電源輸出電壓10 kV以下時(shí)不會(huì)增加，說(shuō)明電除塵器本體陽(yáng)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(yùn)行中，經(jīng)常出現(xiàn)類似假閃的現(xiàn)象，即一臺(tái)電源設(shè)備發(fā)生閃絡(luò)時(shí)另外兩臺(tái)也同時(shí)發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤發(fā)現(xiàn)，其中一個(gè)電場(chǎng)發(fā)生閃絡(luò)（電場(chǎng)中傳出閃絡(luò)的啪啪聲），而其他另外兩個(gè)電場(chǎng)并沒(méi)有閃絡(luò)，但是另外兩臺(tái)電源柜卻出現(xiàn)了閃絡(luò)次數(shù)計(jì)數(shù)和控制電源輸出復(fù)位的情況。根據(jù)電控系統(tǒng)電源中檢測(cè)閃絡(luò)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(luò)發(fā)生，分析出現(xiàn)上述現(xiàn)象主要原因是雖然通過(guò)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(yáng)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(shuō)，除塵器陽(yáng)極板、高壓變壓器接地端、控制柜接地端并不能提供絕對(duì)的零電位，在其中一個(gè)電場(chǎng)發(fā)生閃絡(luò)時(shí)，高頻大電流瞬間將除塵器陽(yáng)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(tái)實(shí)際未發(fā)生閃絡(luò)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(luò)信號(hào)。

在運(yùn)行中，除上述問(wèn)題，還時(shí)常發(fā)生散熱風(fēng)扇損壞導(dǎo)致控制電源跳閘的事故。散熱風(fēng)扇為金屬外殼，供電電壓為工頻交流380 V，風(fēng)扇直接通過(guò)外殼固定在控制柜的外殼上，把損壞的散熱風(fēng)扇外殼拆下后發(fā)現(xiàn)，風(fēng)扇電機(jī)線圈與外殼之間結(jié)緣破壞，導(dǎo)致電機(jī)線圈與風(fēng)扇外殼之間打火造成風(fēng)扇損壞和控制電源跳閘。通過(guò)查詢?cè)撔吞?hào)的散熱風(fēng)扇規(guī)格書并咨詢廠家工程師得知，風(fēng)扇電機(jī)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(gè)環(huán)境下容易損壞，通過(guò)分析依然認(rèn)為是由接地點(diǎn)無(wú)法提供絕對(duì)的零電位造成的。電場(chǎng)內(nèi)部閃絡(luò)瞬間抬高陽(yáng)極板的電位，導(dǎo)致整個(gè)地電位被抬高，使得風(fēng)扇外殼與電機(jī)線圈之間的電壓超過(guò)1 500 V，破壞了絕緣，造成散熱風(fēng)扇的損壞。使用示波器測(cè)量接地點(diǎn)與380 V電源線直間的波形，發(fā)現(xiàn)閃絡(luò)瞬間這兩端的電壓瞬間脈沖峰值能達(dá)到1 860 V左右，正常時(shí)候電壓為交流220 V，峰值在312 V左右。

5 電除塵器接地問(wèn)題分析及其應(yīng)對(duì)措施

總結(jié)上述兩個(gè)問(wèn)題，分別是電場(chǎng)發(fā)生閃絡(luò)，另外兩個(gè)電場(chǎng)同時(shí)發(fā)生假閃和散熱風(fēng)扇頻繁損壞。兩個(gè)問(wèn)題都是由地線的接地電阻達(dá)不到要求造成的，而且不容易發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)順著接地線查找其最終的接地點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)電控室連接地網(wǎng)的地排由于年代久遠(yuǎn)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(yáng)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(dǎo)致土壤含硫量較高，而且地基下沉嚴(yán)重，導(dǎo)致早年間建電除塵器時(shí)預(yù)先制作的地網(wǎng)被嚴(yán)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(dāng)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(cè)試儀測(cè)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(yùn)行3個(gè)月，除了本體陰極線斷線、工況波動(dòng)造成的閃絡(luò)之外，沒(méi)有發(fā)生假閃的現(xiàn)象，其中一臺(tái)閃絡(luò)，另外兩臺(tái)設(shè)備同時(shí)假閃的情況得到了徹底的解決，控制柜散熱風(fēng)扇頻繁損壞的情況沒(méi)有再發(fā)生。

6 總結(jié)

整個(gè)接地問(wèn)題從現(xiàn)象發(fā)生到現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行跟蹤查看再到原因分析，最后處理方案的制訂、實(shí)施和后期的觀察運(yùn)行整個(gè)過(guò)程耗時(shí)7個(gè)月。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)特別是年代久遠(yuǎn)的電除塵器由于其建設(shè)、運(yùn)行過(guò)程中很多人員的接地概念模糊，導(dǎo)致對(duì)地線的認(rèn)識(shí)和維護(hù)極其欠缺，出現(xiàn)問(wèn)題后很難及時(shí)判斷并查找問(wèn)題的本質(zhì)。

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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(xué)，本科，中級(jí)工程師，研究方向?yàn)楣I(yè)電除塵電源設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

〔編輯：王霞〕