摘要：本文通过三种最常用高压直流电源工作原理和负载特性比较分析，得出三相电源粉尘驱进速度可比常规单相电源提高53%，具有大幅提效的理论依据。重点介绍LYAVC-Ⅲ型新一代电除尘三相高效节能电源在核心技术性能方面的比较优势；并采用第三方检测结果，分析六个提效改造应用案例，改造后出口排放下降幅度达78%以上，降低电耗30%以上，由此证明新一代三相高效节能电源具有显著的提效节能效果。
1三种电源工作原理和负载特性
1.1 三种电源工作原理
目前，最常用的电除尘高压直流电源主要有：单相电源、高频电源和三相电源三种。如图1所示：单相电源、高频电源和三相电源的输入输出电压波形和主回路原理图。
单相高压电源：采用单相交流输入→单相同步移相调压→单相整流输出，简称：单进单出，电能转换效率≤80%。
高频开关电源：采用A、B、C三相交流输入→三相整流+单相高频逆变升压→单相高频整流输出，简称：三进单出，高频电源本质上属于单相电源的技术属性，电能转换效率≥90%。
三相高压电源：采用A、B、C三相交流输入→三相同步移相调压→三相交流叠加整流输出，简称：三进三出，电能转换效率≥90%。
由上述输入输出电压波形和主回路原理图比较分析可知，三相电源区别于单相电源和高频电源的主要原理特征，是因为三相电源采用三相制变压器升压，三相交替叠加整流输出，在相同的闪络击穿峰值电压条件下，三相叠加整流输出的平均电压可比单相电源和高频电源提高1.5倍，三相电源有效值电压可比单相电源和高频电源提高1.35倍。
1.2 三种电源负载特性
电除尘电场负载是一个典型的容性负载，不同高压电源对于等效电容负载响应特性，差异较大，特别是高频电源，因为其工作频率高，输出负载特性与电场等效电容大小密切相关。以400mm同极距电场为例，根据实测和理论计算经验，每平米集尘面积等效电容约为30pF，假设某电场集尘面积2500m2，对应等效电容值C=75nF，当电场烟气粉尘介质闪络击穿峰值电压Up=95kV，电流密度取0.4A/m2时，根据等效电容负载特性计算公式：
电除尘三种最常用的高压直流电源电容性负载响应特性，如表2所示：
由表2计算结果得出，当三种高压电源峰值电压为95kV时，在额定电容性负载状态下，三种电源的二次输出电压脉动范围：单相电源60.5-91.2kV，脉动幅度为32.3%；高频电源60.5-60.9kV，脉冲幅度为0.4%；三相电源90.7-93.2kV，脉动幅度为2.65%。
根据三种电源脉动电压范围和脉动幅度可以得出，三种电源电容性负载脉动波形图，如图2所示。三相电源运行在单相电源的峰值电压区域，高频电源运行在单相电源的谷值电压区域，而单相电源则运行在两者之间区域。
根据上述计算公式，如果把负载等效电容作为变量，不同等效电容负载计算结果，如表3所示：
高频电源在轻载或开路状态下，与单相电源特性基本一致，但在电除尘等效容性负载状态下，高频电源所施加到电场的峰值电压只有60.9kV,输出电压波形99.5%被负载电容滤波，脉动幅度只有0.4%，输出电压波
形几乎为单相电源输出电压的谷值。
三相电源对电除尘容性负载的适应性最好，额定负载状态下，瞬时输出电压为93.2kV，比单相电源负载输出提高2kV，比高频电源负载输出电源提高32kV，达到额定峰值电压的98.15%。如图2所示。
综上所述，根据粉尘驱进速度与平均场强和峰值场强成正比的电除尘理论；即电除尘效率与高压电源，在额定负载状态下输出平均电压和峰值电压成正比。如表4所示。
以单相电源的驱进速度为基准，高频电源粉尘驱进速度为单相电源的0.668倍；三相电源粉尘驱进速度为单相电源提高1.53倍。即等效于采用三相电源提效改造后，原电除尘器的比集尘面积可提高1.53倍，根据多依奇电除尘效率公式，在技术层面上，三相电源具备了大幅度提高电除尘效率的理论依据。反之，高频电源在技术层面上不具有提高电除尘效率的理论依据。
2LYAVC-Ⅲ三相电源核心控制技术
2.1“△/Y”接线方式与三相同步触发技术
三相制升压变压器的接线方式可分为：“Y/Y”和“△/Y”,即输入端可采用星型接法和三角接法，三相整流输出端一般都采用星型接法。如图所示：两种三相电源主回路原理图。
2.1.1 输入端“Y”型接法：
优点：方便设置降压抽头；三相同步触发时，六只可控硅可独立触发导通，软件控制更简单。
缺点：输入端各相交流电压为220V，升压变比大，负载闪络冲击更大，当闪络放电时，初级中间公共端瞬态不平衡电流可达几十安倍，存在安全隐患，因此，大功率三相变压器不适合采用“Y”接线方法。
2.1.2 输入端“△”型接法：
优点：输入端各相交流电压为380V，相比较于“Y”型接法，闪络放电时不存在不平衡电流，升压变比降低1.732倍，输出波形更平稳、闪络冲击更小，输出运行电压更高。
缺点：同步触发控制难度大，六个相位，在任何时刻都需要2只可控硅同步导通。电除尘三相电源输出功率较大，且存在频繁的火花放电现象，应推荐采用“△/Y”接线方式。
LYAVC-Ⅲ型新一代三相高效节能电源采用各项独立驱动技术，不仅实现了“△/Y”接线方式，而且可控硅导通角开度可比同类产品大3-5%，意味着输出平均电压提高3-5%。
2.2绝对领先的微秒级火花控制技术
火花控制特性是电除尘高压电源*标志性的核心技术。三相电源较之单相电源和高频电源，火花控制特性是*难度的。因为，三相电源A、B、C各项相位相差120度，三相交流是交替导通的，如果A相正半波发生火花闪络放电击穿时，等到A相正半波过零换相时，B相的可控硅已经处于开通状态，这时输出火花封锁信号，可以有效关断A、C相的负半波，却无法立即关断已经导通的B相可控硅，一直要持续到B相的过零点，才得以完全封锁输出。A相闪络冲击也许只有常态导通电流的1.5-2.0倍，但B相是在A介质击穿的状态下继续导通的，相当于“火上浇油”，大大地加强了闪络击穿强度，实际上所产生的闪络火花瞬态冲击电流，有可能是常态导通电流的3.0-5.0倍，将给电源控制系统带来的强烈干扰，也是成倍递增的。LYAVC-Ⅲ型新一代三相高效节能电源采用独特的软硬件组合动态火花跟踪控制技术和六只独立驱动触发技术，实现了15ms内导通角恢复60%的快速火花封锁技术，火花响应特性与单相电源基本一致，在视觉上，三相高压控制柜二次电压表头，闪络放电时表针下降幅度只有3-5千伏，一般不超过一万伏。而同类三相电源在闪络放电时，二次电压表针基本上一降到底，然后缓慢上升，为了避免频繁的大火花冲击和表针大幅度摆动，一些应用现场采用降压运行，避开临界火花击穿点，这类产品显然无法长期稳定运行在最佳火花跟踪状态，达不到最佳除尘效率的目的。
2.3 国内唯一独创的间歇脉冲控制技术
对于常规400mm极距电除尘电场，为了满足负载粉尘闪络击穿运行条件，达到最佳除尘效率，三相电源的额定输出电压选型应≥90kV。相比较于单相电源，额定输出电压从72kV提高到90kV以上，等效于额定输出容量增大了25%，电流密度再提高10-20%，两者叠加后，设备总动力负荷将增加30-40%，如果不采用间歇脉冲供电技术，完全按照纯直流供电模式，整台机组高压电源的总能耗将大幅度增大，很容易被认为是一种高能耗的设备。目前，国内同类三相电源普遍不具有间歇脉冲控制功能，即便有些产品在宣传上有，但在实际运行中也达不到长期运行的技术条件。
由于三相电源采用三相制同步控制，各相之间的相位差120度，快速火花控制难度大，间歇脉冲控制更难。LYAVC-Ⅲ型新一代三相高效节能电源采用独创的六相位独立驱动和触发控制技术，很好地解决了快速火花和间歇脉冲控制技术，且在保效条件下可节约电耗30%以上。根据三相高效节能电源的提效改造经验，第一电场采用全波连续供电（0.7），二电场采用1:2（0.5），三四电场选择1:4（0.25），五电场选择1:6（0.16）比较合适，五个电场合计平均功耗系数k=0.372≤0.40，即便设备总动力负荷增加40%，最终实际运行负荷系数也只有0.56，相比较于常规单相电源全波供电方式，平均可降低电耗30%以上，为提效和能耗考核双达标提供保障。
3LYAVC-Ⅲ三相电源产品质量控制
LYAVC-Ⅲ型新一代三相高效节能电源，是在第一代三相电源的基础上，经全方位改进设计开发的升级版，拥有多项核心技术和经典设计，代表着国内外三相电源的最新研究成果，除了在技术性能方面明显超越同类产品的技术优势外，在产品工艺设计和质量跟踪管理方面也独具优势，具有高可靠、高性能、高效率、低能耗四大特点。主要技术工艺措施体现在：
1）软硬件设计开发—实现工艺配合零误差；
2）在线软件升级-可根据工况定制控制程序；
3）编码规范管理—实现全程可追溯质量跟踪；
4）规范化的控制柜设计生产工艺；
5）精细化的全密封变压器工艺设计；
6）完全国际化的变压器型式试验标准。
4LYAVC-Ⅲ三相电源提效改造配套技术
电除尘高效电源提效改造，是一项电除尘电控系统的综合提效改造技术。它包含三相高效节能电源+智能低压振打+DCS上位机三项组合改造。电除尘提效改造控制系统：是由高、低压、上位机、烟道浊度仪、锅炉负荷等构成的一体化控制平台，通过控制平台实现智能化动态实时调节和监控。
1）将锅炉蒸发量信号引入PLC系统，用锅炉蒸发量信号代替入口浓度；在电除尘器出口烟道安装在线浊度仪，并将信号引入PLC系统。
2）根据锅炉蒸发量变化情况（入口浓度变化），在线控制调整电除尘器清灰振打时序，减少二次扬尘，提高除尘效率。
3）根据锅炉蒸发量及出口浊度变化情况，在线动态调整高效电源间歇供电占空比，达到减排与节能优化控制双重目标。
4）前级电场实施定时断电振打技术，有效提高振打清灰效果，从而大幅度提高除尘效率，并保持长期高效稳定运行。
5）通过PLC提供支持TCP/IP协议、MODBUS协议，方便实现与用户SIS系统或DCS系统或其它监控系统的网络互联和集成。
5LYAVC-Ⅲ三相电源提效改造案例
5.1国投北部湾电厂2×320MW燃煤机组电除尘器提效改造
5.1.1原电除尘器基本参数：双室四电场电除尘器，有效断面积：252.56m2,比集尘面积：85.27m2/m3/s,烟气流速：0.92m/s
5.1.2提效改造实施方案：第一电场前后分区+LYAVC-Ⅲ三相高效节能电源提效改造
5.1.3提效改造后测试结果：出口粉尘排放值分别为16.31mg/m3和17.24mg/m3，平均减排幅度分别为84.31%和84.43%
5.1.4改造后出口排放数据及电耗（第三方测试结果）
5.1.5改造前后测试结果分析表
5.2华能烟台电厂3×160MW燃煤机组电除尘器提效改造
5.2.1电除尘器设计参数：双室五电场（预除尘双室单电场，后除尘双室四电场），有效断面积：187m2，烟气流速：1.02m/s
5.2.2提效改造实施方案：纯LYAVC-Ⅲ三相高效节能电源提效改造
5.2.3提效改造后测试结果：出口粉尘排放值分别为25mg/m3、25.43mg/m3和27.14mg/m3，平均减排幅度分别为84.38%、80.13%、80.75%
5.2.4改造前后测试结果分析表：
5.3国电长治电厂1×330MW燃煤机组电除尘器提效改造
5.3.1电除尘器参数：双室五电场，设计处理烟气量：1146620m3/h，设计入口烟气含尘量：33.87 g/Nm3，比集尘面积：106m2/m3/s,烟气流速：0.93m/s
5.3.2提效改造实施方案：第一电场左右分区+ LYAVC-Ⅲ三相高效节能电源提效改造
5.3.3提效改造后测试结果：出口粉尘排放值为13.05mg/m3，减排幅度78.25%，改造连续运行一年后测试结果为17.0mg/m3
5.3.4改造前后测试结果分析表：
6结语
在新一轮火电厂“超低排放”烟气协同治理技术路线中，原电除尘器扩容改造空间已被完全挤占，通过电除尘本体的提效改造手段受到极大限制。LYAVC-Ⅲ型电除尘三相高效节能电源，拥有最专业的提效改造整体解决方案技术支持，具备承接各种电除尘提效达标改造工程项目的方案评估和实施经验，有利于最大限度发挥原电除尘器的效力，充分发挥本体与电源的协同优势。具有一次性投资少，施工周期短，运行费用低，零增加系统阻力，并在多个提效改造案例中效果显著，已得到业界的普遍关注。
（作者：谢友金--厦门绿洋电气有限公司 厦门火炬高新区（翔安）产业区翔岳路63号 361101）
