Способ автоматического форсированного восстановления напряжения после различного характера пробоев в электрофильтре Российский патент 2018 года по МПК B03C3/68 

Изобретение относится к области электрической очистки газов от пыли и туманов в различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве и может быть использовано в системах автоматического регулирования высоковольтных преобразовательных агрегатов питания электрофильтров. Известны способы автоматического регулирования по максимуму среднего значения рабочего напряжения на электрофильтре, при котором угол регулирования тиристорного ключа увеличивается до достижения естественного максимума среднего значения рабочего напряжения, ограниченного либо номинальными параметрами преобразовательного агрегата, либо вольт-амперной характеристикой электрофильтра (наличие «обратной короны», искровые дуговые пробои осадительного пространства и т.п.). Известны также способы, по технической сущности близкие к предлагаемому изобретению - способы автоматического регулирования напряжения электрофильтра путем изменения угла регулирования тиристорного ключа в зависимости от величины рабочего напряжения на электрофильтре, при которых с целью предотвращения затяжных пробоев предусматривают гашение электрических пробоев, снятие напряжения с электрофильтра после каждого пробоя путем запирания тиристорного ключа (см. авт. свид. СССР №355606, опубл. 30.09.72, №1798004, опубл. 28.04.93 и патент РФ №2147469, опубл. 20.04.2000 г.), а также патент №2147468 от 16.10.1998 г., в котором устанавливается зависимость между напряжением перед пробоем междуэлектродного пространства и начальным углом регулирования (углом восстановления), формируемым на время первого полупериода после пробоя, а затем устанавливается вручную угол регулирования, не изменяющийся в течение всего периода регулирования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ автоматического регулирования напряжения электрофильтра по пробоям путем изменения угла регулирования тиристорного (симисторного) ключа в цепи источника питания электрофильтра, при котором измеряют величину среднего значения тока через электрофильтр перед пробоем междуэлектродного пространства и устанавливают длительность паузы гашения в электрофильтре в зависимости от этой величины, а также в течение интервала времени «Т» от момента возникновения пробоя до окончания тока электрофильтра текущего полупериода измеряют значения тока и напряжения электрофильтра и, если значение тока больше нуля, а напряжение равно нулю (дуговой пробой), устанавливают длительность паузы гашения посредством отключения в следующем полупериоде силовых тиристоров агрегата на время «Тгаш», если в течение интервала «Т» значения тока и напряжения больше нуля (искровой пробой), устанавливают длительность паузы гашения «Тгаш» равной нулю, при пробоях в междутоковую паузу, когда ток и напряжение электрофильтра равны нулю, устанавливают длительность паузы гашения «Тгаш» равной нулю (Патент РФ №2455075, опубл. 10.07.2012 г.).

Существенным недостатком этих способов является то, что при питании электрофильтров импульсным током, характерным для питания от однофазных преобразовательных агрегатов с одно- и двухполупериодными схемами выпрямления, а также при питании от специальных импульсных источников время гашения электрических пробоев (снятие напряжения с электрофильтра) с учетом характера пробоя («дуга», «искра», «междутоковая пауза») - «Тгаш» устанавливается автоматически, а рабочий угол регулируемого восстановления напряжения до уровня ниже пробивного устанавливают вручную.

Это приводит к неоправданному снижению величины среднего значения напряжения на электрофильтре и, как следствие, ухудшению степени очистки газов.

Целью настоящего изобретения является увеличение степени очистки газов за счет увеличения среднего напряжения на электрофильтре в режиме искровых и дуговых пробоев.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе автоматического регулирования напряжения, заключающемся в изменении угла регулирования тиристорного ключа высоковольтного преобразовательного агрегата питания электрофильтра, для поддержания среднего значения напряжения на электрофильтре на максимально возможном уровне система автоматически определяет характер пробоя (пробой дуговой, искровой или пробой в междутоковую паузу) и автоматически устанавливает в течение следующих полупериодов рабочий угол восстановления напряжения на электрофильтре такой величины, при котором значение его будет ниже напряжения, предшествовавшего пробою.

Отличие заявляемого способа регулирования состоит в том, что в течение интервала времени «t» от момента возникновения пробоя до окончания тока электрофильтра текущего полупериода измеряют значение тока и напряжения электрофильтра и определяют характер пробоя (пробой дуговой, искровой или пробой в междутоковую паузу) для формирования необходимой длительности паузы «Тгаш» в случае дугового пробоя. Также непрерывно измеряют величину максимального и минимального значения напряжения электрофильтра и фиксируют эти значения до момента пробоя. После пробоя автоматически устанавливают рабочий угол, обеспечивающий восстановление напряжения на электрофильтре в течение одного полупериода до величины ниже уровня напряжения, при котором произошел пробой, затем угол регулирования плавно возрастает до следующего пробоя.

Напряжение на электрофильтре в процессе переходного периода от момента пробоя до интервала времени подачи импульса на восстановление напряжения на электрофильтре в общем случае описывается выражением

где U_max - максимальное значение напряжения перед пробоем;

U_вос - напряжение на фильтре после окончания тока переходного процесса;

U_нк - напряжение начала коронирования;

t - время окончания тока пробоя;

t₁ - время окончания переходного процесса;

ωL - индуктивное сопротивление реактора агрегата;

С - геометрическая емкость электрофильтра;

R - активное сопротивление (нагрузка) электрофильтра.

Представим это выражение иначе:

где время включения t_вк (ϕ_ВК - угол включения) силовых тиристоров рассчитывается по следующей формуле:

где ϕ_p - величина рабочего угла включения силовых тиристоров до пробоя.

После восстановления напряжение должно быть меньше напряжения до искрового пробоя, т.е. составлять порядка 0,8 от U_max.

Из приведенного описания следует, что отличия предлагаемого способа автоматического форсированного восстановления напряжения после различного характера пробоев в электрофильтре являются существенными и, следовательно, удовлетворяют критериям изобретательского уровня.

На Фиг. 1 представлен возможный вариант блок-схемы устройства для осуществления заявляемого способа.

Блок-схема содержит тиристорный ключ 1, токоограничивающий дроссель 2, высоковольтный преобразовательный агрегат 3, электрофильтр 4, датчик 5 напряжения электрофильтра, датчик 6 тока электрофильтра, формирователь 7 максимального, среднего, минимального и порогового (U=0) значений напряжений электрофильтра, формирователь 8 максимального, среднего и порогового (I=0) значений тока электрофильтра, селектор 9 пробоев в электрофильтре, детектор 10 характера пробоев в электрофильтре (дуговой, искровой пробой, в междутоковую паузу), процессор 11 - формирователь сигналов алгоритмов управления системы регулирования, корректор 12 уровня восстановления напряжения после пробоев в электрофильтре, формирователь 13 импульсов выборки и синхронизации с питающей сетью, широтно-импульсный модулятор 14 (фазосдвигающее устройство), формирователь 15 импульсов управления тиристорным ключом 1.

Схема работает следующим образом.

При подаче на преобразовательный агрегат и регулятор напряжения питающей сети и осуществлении операции «Пуск» на тиристорном ключе 1 появляются импульсы управления с формирователя 15, фазовое положение которых задается широтно-импульсным модулятором 14 (фазосдвигающим устройством). Начальный угол регулирования имеет максимальное значение. Тиристорный ключ 1 открывается. На электрофильтре 4 появляется напряжение.

По мере увеличения напряжения на выходе 16 формирователя 7 и входе 17 широтно-импульсного модулятора 14 угол регулирования уменьшается, следовательно, увеличивается величина напряжения на электрофильтре.

Процесс разгона системы агрегат - электрофильтр происходит со скоростью, определяемой состоянием процессора 11, и продолжается до тех пор, пока не возникнет одна из следующих ситуаций:

1. Угол регулирования достигнет своего минимального значения. Напряжение на электрофильтре при этом станет наибольшим. Процесс разгона остановится;

2. Значение тока электрофильтра достигнет номинальной величины тока преобразовательного агрегата или установленной уставки ограничения тока;

3. В электрофильтре, при некотором уровне напряжения, возникнут пробои осадительного пространства.

При возникновении пробоев в фильтре на выходе селектора 9 появляются импульсы напряжения, которые подаются на вход 18 детектора характера пробоев 10. Одновременно на входы 19 и 20 детектора характера пробоев 10 подаются сигналы с формирователя напряжений 7 и формирователя тока 8, который определяет тип пробоя - дуговой, искровой или пробой в междутоковую паузу. В зависимости от типа пробоя сигнал с детектора 10 подается соответственно на вход либо 21, либо 22, либо 23 процессора 11. Одновременно на входы 24, 25, 26, 27 процессора 11 подаются сигналы с формирователей 7, 8 корректора 12 уровня восстановления напряжения и формирователя 13 импульсов выборки и синхронизации. В зависимости от комбинации сигналов процессор реализует необходимый алгоритм управления. Существует три вида пробоев межэлектродного пространства, при которых различные параметры напряжения на электродах после окончания пробоя. При дуговом пробое и искровом пробое в междутоковую паузу после окончания пробоя напряжение отсутствует, а при искровом пробое, происходящем при максимальном напряжении на электродах, после окончания переходного режима возникает остаточное напряжение. Поэтому обработка этих пробоев имеет различные алгоритмы управления.

При дуговом пробое с процессора 11 на вход 28 широтно-импульсного модулятора 14 подается сигнал, определяющий длительность паузы гашения Тгаш, на вход 29 - сигнал, определяющий величину угла восстановления напряжения на фильтре в следующем полупериоде после паузы гашения - уравнение (3).

При искровом пробое гашение не осуществляется (поэтому Тгаш=0), с процессора 11 на вход 30 широтно-импульсного модулятора 14 подается сигнал, определяющий величину угла восстановления напряжения на фильтре в следующем полупериоде - уравнение (3).

При пробое в междутоковую паузу гашение не осуществляется (поэтому Тгаш=0), с процессора 11 на вход 29 широтно-импульсного модулятора 14 подается сигнал, определяющий величину угла восстановления напряжения на фильтре в следующем полупериоде - уравнение (3).

Отличие в расчете угла восстановления в двух последних алгоритмах состоит в том, что (согласно уравнению 3) в первом случае напряжение после пробоя присутствует и угол включения будет увеличиваться пропорционально величине этого напряжения. На входы 31 и 32 формирователя 15 с широтно-импульсного модулятора 14 и формирователя 13 подаются сигналы управления, а с его выхода - на тиристорный ключ 1. Реализуются процессы гашения и восстановления напряжения или только восстановления напряжения в зависимости от характера пробоя в электрофильтре.

В качестве иллюстрации на Фиг. 2, 3, 4, 5, 6, 7 приведены осциллограммы, полученные при реализации основных элементов способа на модели системы регулирования «преобразовательный агрегат - электрофильтр».

Осциллограммы 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 28, 29, 30 соответствуют сигналам на одноименных входах (выходах) блок-схемы Фиг. 1.

Осциллограммы 16, 17, 19, 20, 24, 25 на Фиг. 2, 3 и 4, 5 приведены при t_p=t_в=2 мс и 5 мс соответственно с целью показать, что в этом случае, когда восстановление начинается при нулевом значении напряжения на электрофильтре (после дугового пробоя и пробоя в междутоковую паузу), U_max и I_max существенно превышают соответствующие значения, предшествующие пробою. А при искровом пробое (Фиг. 4) остаточное значение напряжения на электрофильтре не равно нулю, и чем оно больше, тем меньше уровни U_max и I_max отличаются от предшествующих пробою. Этим подтверждается, что восстановление напряжения на электрофильтре должно осуществляться по различному и угол восстановления должен быть больше рабочего угла, предшествовавшего пробою - t_вк>t_p (ϕ_вк>ϕ_p).

Осциллограммы 16, 17, 19, 20, 24, 25 на Фиг. 6, 7 приведены при t_вк>t_p, а значения t_вк рассчитаны в соответствии с уравнением (3).

При этом максимальные значения напряжения восстановления после дугового пробоя (Фиг. 6) и пробоя в междутоковую паузу (Фиг. 7) составляют 90% пробивного уровня, что удовлетворяет заданным условиям.

Изобретение относится к электрической очистке газов и может быть использовано в системах автоматического регулирования высоковольтных выпрямительных агрегатов питания электрофильтров. Способ включает автоматическое регулирование напряжения электрофильтра путем изменения угла регулирования тиристорного или симисторного ключа в цепи источника питания электрофильтра. При этом измеряют величину среднего значения тока через электрофильтр перед пробоем междуэлектродного пространства и устанавливают характер пробоя - дуговой, искровой или пробой в междутоковую паузу. При этом длительность паузы гашения Т_гаш на электрофильтре, зависящую от абсолютного значения среднего тока электрофильтра непосредственно перед пробоем, причем большему значению тока соответствует большая длительность паузы гашения, меньшему значению - меньшая длительность паузы, устанавливают только после дугового пробоя. Автоматически устанавливают величину рабочего угла в следующий после пробоя полупериод, при котором обеспечивается восстановление напряжения на электрофильтре в течение одного полупериода до величины ниже уровня напряжения пробоя согласно математическому выражению с учетом минимального и максимального значения напряжения на электродах до пробоя и напряжения после завершения пробоя. Увеличивается степень очистки газов за счет увеличения среднего напряжения на электрофильтре в режиме искровых и дуговых пробоев. 7 ил.

Способ автоматического регулирования напряжения электрофильтра путем изменения угла регулирования тиристорного (симисторного) ключа в цепи источника питания электрофильтра, при этом измеряют величину среднего значения тока через электрофильтр перед пробоем междуэлектродного пространства и устанавливают характер пробоя - дуговой, искровой или пробой в междутоковую паузу, при этом длительность паузы гашения Т_гаш на электрофильтре, зависящую от абсолютного значения среднего тока электрофильтра непосредственно перед пробоем, - большему значению тока соответствует большая длительность паузы гашения, меньшему значению - меньшая длительность паузы - устанавливают только после дугового пробоя, отличающийся тем, что автоматически устанавливают величину рабочего угла в следующий после пробоя полупериод, при котором обеспечивается восстановление напряжения на электрофильтре в течение одного полупериода до величины ниже уровня напряжения пробоя согласно следующему выражению:

где ϕ_р - величина рабочего угла регулирования до пробоя междуэлектродного пространства;

U_min и U_max - минимальное и максимальное значение напряжения на электродах фильтра до пробоя междуэлектродного пространства;

U_вос - напряжение на электродах фильтра после завершения пробоя междуэлектродного пространства.