深入解析電除塵器及其電控系統接地問題

馬宗煊

深入解析電除塵器及其電控系統接地問題

馬宗煊

（廈門銳傳科技有限公司，福建 廈門 361001）

由于在工業生產中不可避免地會出現大量煙氣和飛灰，在過去，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題導致設備運行不穩定、收塵效率低下等問題，嚴重影響了其穩定運行。隨著國家對環保的要求提高，對設備穩定運行提出了更高的要求，因此找到一種能有效解決該問題的方法顯得尤為重要。在相關項目實施過程中分析總結了一種行之有效的方法，以解決鋼鐵廠電除塵器在運行過程中接地問題導致的設備不穩定問題。

電除塵器；電控系統；接地網；元器件

1 引言

在電力系統中，對接地有嚴格的規范要求，這主要是為了滿足電力系統工作的需要，為電流返回源頭提供低阻抗的通道。簡單地說，電力系統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提供穩定、可靠的參考零電位，以保護控制元器件不被損壞，保證電除塵變壓器二次反饋信號遠距離傳輸的可靠性。也就是說，電除塵中所說的地既是工作地，也是保護地。

2 電除塵器電控接地規范

電除塵器的接地規范中指出，電除塵器應設置專用接地網，每臺除塵器本體外殼與地網的連接不得少于6個點，接地電阻不得大于1 Ω，高壓變壓器室與控制室的接地網必須與除塵器本體的接地網可靠連接，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。但是在工業現場發現大量的電除塵器接地沒有按照規范進行，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早就被破壞，有些從除塵器本體外殼連接地網的接地排直接腐蝕干凈，除塵器控制室連接地網的地排也出現腐蝕的現象。種種原因導致大量的除塵器因為接地不良造成效率低下，在改造控制系統過程中，發現控制柜極易損壞、二次反饋信號極其不穩定，造成控制元件誤動作。這些問題基本上是由地網的零電位被破壞造成的，但由于工業現場的各種復雜因素，這些原因又不容易被察覺。

3 電除塵器應用及原理

眾所周知，在鋼鐵廠燒結機或回轉窯煙氣處理系統中，電除塵是必不可少的環節。電除塵器由陰極和陽極組成，其工作電源為直流負高壓，即整流變壓器中整流橋的正端接陽極板，負端接陰極線。通過陰極釋放電子，使粉塵帶上負電荷在電場力的作用下向陽極板移動，粉塵到達陽極負電荷與陽極的正電荷中。電除塵器負高壓供電特性決定了接電源正極的陽極板必須可靠接地，否則陽極板本身將帶正電荷，容易對周圍的用電設備產生強烈的干擾，并威脅人員人身安全。陽極板無法可靠接地，提供一個絕對的零電位，在陰陽極閃絡瞬間，將造成陰陽極之間的電位短暫互換，即會有短暫的陰極線上的電壓比陽極板上的高，會反推電除塵器陽極板上已經收集下來的灰塵，導致電場飛灰嚴重，影響收塵效果，特別在電場內部發生閃絡時，這種現象尤為明顯。因此電除塵器本體陽極板必須可靠接地。由于電除塵電控系統的二次采集及閃絡檢測電路的公共端必須為高壓變壓器的接地端，即電除塵器的陽極板，還因為電控系統一般布置在電除塵器本體最近的電控柜內，因此電除塵器電控系統的接地端必須可靠，而且必須與電除塵器本體外殼接地一致，為嚴格意義上的一致地，否則由于干擾，不同地之間在電場閃絡瞬間會造成幾萬伏的電位差。

4 電除塵器常見的線路問題分析

某鋼鐵廠的一臺運行了10年以上的回轉窯，其煙氣處理的電除塵器為單室三電場，于2017-06進行了電控系統改造，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接地之間用示波器查看這兩個地之間的波形，波形使用1 000×的探頭測得，兩個地之間經常出現13 kV的脈沖電壓。電控系統中閃絡計數在電源輸出電壓10 kV以下持續增加，每分鐘達到12 391次，導致該電場電源無法正常工作，這在行業內被稱作“假閃”。起初并未懷疑該除塵器及其電控系統接地有問題，但是假閃次數高得離譜，根據電控系統電源中檢測閃絡的技術微分原理得知，只要二次電流反饋與地線之間的電壓有突變，即判斷有閃絡發生，所以懷疑電除塵器本體陽極板接地端與電控系統接地端不是一個地。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，發現只有一次側兩根電纜，和三芯反饋電纜，并沒有單獨的地線連接。根據前述的電除塵器接地標準及電除塵器原理，每個電場各使用一根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，沒有出現閃絡的情況。電控系統中閃絡次數在電源輸出電壓10 kV以下時不會增加，說明電除塵器本體陽極板、變壓器接地端、控制室接地端處同一地平面。

在之后的運行中，經常出現類似假閃的現象，即一臺電源設備發生閃絡時另外兩臺也同時發生閃絡現象，經過現場跟蹤發現，其中一個電場發生閃絡（電場中傳出閃絡的啪啪聲），而其他另外兩個電場并沒有閃絡，但是另外兩臺電源柜卻出現了閃絡次數計數和控制電源輸出復位的情況。根據電控系統電源中檢測閃絡的技術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，即判斷有閃絡發生，分析出現上述現象主要原因是雖然通過使用一根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，除塵器陽極板、高壓變壓器接地端、控制柜接地端并不能提供絕對的零電位，在其中一個電場發生閃絡時，高頻大電流瞬間將除塵器陽極板、高壓變壓器接地端、控制柜接地端組成的地平面電位抬升，造成另外兩臺實際未發生閃絡的電源控制柜獲得二次電流，與地之間的電壓瞬間突變，從而誤判斷為閃絡信號。

在運行中，除上述問題，還時常發生散熱風扇損壞導致控制電源跳閘的事故。散熱風扇為金屬外殼，供電電壓為工頻交流380 V，風扇直接通過外殼固定在控制柜的外殼上，把損壞的散熱風扇外殼拆下后發現，風扇電機線圈與外殼之間結緣破壞，導致電機線圈與風扇外殼之間打火造成風扇損壞和控制電源跳閘。通過查詢該型號的散熱風扇規格書并咨詢廠家工程師得知，風扇電機線圈與外殼之間的絕緣耐壓為交流1 500 V，按照常規380 V交流供電，耐壓足夠了，但為什么在這個環境下容易損壞，通過分析依然認為是由接地點無法提供絕對的零電位造成的。電場內部閃絡瞬間抬高陽極板的電位，導致整個地電位被抬高，使得風扇外殼與電機線圈之間的電壓超過1 500 V，破壞了絕緣，造成散熱風扇的損壞。使用示波器測量接地點與380 V電源線直間的波形，發現閃絡瞬間這兩端的電壓瞬間脈沖峰值能達到1 860 V左右，正常時候電壓為交流220 V，峰值在312 V左右。

5 電除塵器接地問題分析及其應對措施

總結上述兩個問題，分別是電場發生閃絡，另外兩個電場同時發生假閃和散熱風扇頻繁損壞。兩個問題都是由地線的接地電阻達不到要求造成的，而且不容易發現。現場順著接地線查找其最終的接地點，發現電控室連接地網的地排由于年代久遠且缺乏維修保養，在接近地平面的位置都被腐蝕殆盡，而且除塵器本體陽極板上連接地網的地排也出現了不同程度的腐蝕。由于該鋼廠地理位置及生產環境的原因，導致土壤含硫量較高，而且地基下沉嚴重，導致早年間建電除塵器時預先制作的地網被嚴重腐蝕和破壞。

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，使用接地電阻測試儀測試地網的電阻小于1 Ω，如果不滿足，則增加扁鋼的數量。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行3個月，除了本體陰極線斷線、工況波動造成的閃絡之外，沒有發生假閃的現象，其中一臺閃絡，另外兩臺設備同時假閃的情況得到了徹底的解決，控制柜散熱風扇頻繁損壞的情況沒有再發生。

6 總結

整個接地問題從現象發生到現場運行跟蹤查看再到原因分析，最后處理方案的制訂、實施和后期的觀察運行整個過程耗時7個月。工業現場特別是年代久遠的電除塵器由于其建設、運行過程中很多人員的接地概念模糊，導致對地線的認識和維護極其欠缺，出現問題后很難及時判斷并查找問題的本質。

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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，畢業于集美大學，本科，中級工程師，研究方向為工業電除塵電源設計及應用。

〔編輯：王霞〕