Устройство для автоматического регулирования напряжения на электрофильтре Советский патент 1980 года по МПК G05F1/22 

Изобретение относится к системам регулирования электрических величин и может быть использовано в области электрической очистки промышленных газовых выбросов от взвешенных частиц, в частности в высоковольтных повысительновыпрямительных установках для питания электрофильтров, ос1тащеннь(х тиристорным регулятором напряжения на первичной обмотке повышающего трансформатора. Известны устройства для автоматиче- ского регулирования напряжения на электрофильтре ij . Основные недостатки известных устройств заключаются в пониженной эффективности работы электрофильтра в условиях безискровой обратной короны, при оо новременном повышенном расходе электро энергии на газоочистку, а также в относи тельной сложности конст;рукции искрового регулятора и устройств заш.иты от коротких замыканий в электрофильтре. Наиболее блргзким техническим решением к предлагаемому является устройст- ВО ОЛЯ автоматического регулирования напряжения электрофильтра, содержащее датчик тока, к выходу которого подключен блок ограничения рабочего тока, и датчик напряжения на электрофильтре, к выходу которого подключен селектор искровых разрядов, амплитудно-фазовый преобразователь, к выходу которого подключен формирователь импульсов управления Ьиловыми тиристорами jj2j . Недостатки этого устройства состоят в отсутствии реакции на непроизводительное возрастание тока электрофильтра при развитии в нем безискрового обратного коронного разряда; в сложности конструкции регулятора в делом, и в частности, цепей защиты от коротких замыканий;в отсутствии зашиты от перенапряжений, возникающих при холостом ходе агрегата. Явление обратной короны заключается в развитии на покрытой слоем уловленной пыли поверхности осащ-1тельного электрода электрофильтра особой формы электрического разряда, сопровождающе- 375 гося массовым выбросом в осаоительное пространство ионов нерабочей, положительной полярности. Это приводит, с Одной стороны, к перезаряоке отрицательно заряженных частиц аэрозоля и снижению интенсивности процесса рсаждения последних, с другой. - к резкому пепроизводитель- ному увеличению тока, протекающего через электрофильтр. По мере увеличения напряжения на электродах фильтра интенсивность обратного коронного разряда воз растает, а эффективность работы электрофильтра при некоторой величине напряясени проходит через максимум и затем снижается. Автоматический регулятор в этих усло виях устанавливает предельно допустимую для силового блока величину тока, определяемую устройством ограничения рабочего тока. В большинстве случаев это приводит к значительному перерасходу электроэнергии.. Силовая часть агрегата питания элект рофильтров, отключенная от нагрузки, представляет собой колебательную систему, основными реактивными Элементами которой являются токоограничивающий реактор и собственная емкость высоковольт ных цепей. При включении установки на холостом ходу происходит колебательный: заряд емкости высоковольтных элементов для напряжений, значительно превышаю щих номинальное значение, что угрожает целости устройства. В условиях эксплуатации случайные включ ения на холостой ход полностью исключить нельзя, поэтому отсутствие соответствующей зашиты явпя ется существенным недостатком известного устройства.. Цель изобретения - повышение зффективности процесса газоочистки, снижение расхода электроэнергии на газоочистку, повышение надежности и упрощение уст- ройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве одя автоматического регулирования напряжения электрофильтра вход амплитудно-фазового преобразователя подключен к выходу датчика напряжения на электрофильтре через усилительный элемент и согласующий резис- тивный делитель напряжения, причем параллельно входу в амплитудно-фазовый преобразов(этель подключен через раздели тельный диод интегратор напряжения, а выходы селектора искровых разрядов и блока ограничения рабочего тока подклюены к дополнительным входам интеграора напряжения. Кроме того, оно снабжено элементом локировки перерегулирования, выполненым в виде фазового компаратора, один з входов которого подключен к датчику, ока, другой вход - к выходу амплитусьно-фазового преобразователя, а выход - ко входу интегратора напряжений. На чертеже представлена схема устройства для автоматического регулирования напряжения электрофильтра, Повысительно-выпрямительная установка для питания электрофильтров посто$шным тоКом высокого напряжения содержит блоки 1 силовых тиристоров, токоограничивающий реактор 2, высоковольтный трансформатор 3, высоковольтный выпрямитель 4, датчик 5 напряжения на электрофильтре (высоковольтный резистивный делитель), датчик 6 тока электрофильтра (измерительный резистор). К вьшодам высокого напряжения установки подключается электрофильтр 7. Блок 8 питания устройства автоматиче-. ского регулирования, получающий питание от входных зажимов установки, на которые подается переменное напряжение питающей сети, снабжает устройство вьшрямленным стабилизированным напряжением положительной и отрицательной полярности, а также пульсирую.щим с частотой. ЮО Гц отрицательным напряжением, которое используется для синхронизации работы-устройства с питающей сетью. Устройство для автоматического регулирования режима работы повысительно- выгфямительной установки содержит интегратор 9 сигнала напряжения на электрофильтре, состоящий из входного эмиттерного повторителя сигнала напряжения на электрофильтре (транзистор Ю, резисторы 11,12) и емкостной интегрирующей цепи (резисторы 13,14,15, диод 16, конденсатор 17). Конденсатор защунти- рован нормально закрытым контактом 18 пускового реле. Назначение интегратора- формирование сигнала управления силовыми тиристорами путем демпфирования и коррекции сигнала полсжительной обратной связи по напряжению на электрофильтре, поступающего от высоковольтного делителя напряжения. Интегратор имеет три дополнительных входа ОЛЯ корректирующих отрицательньгх обратных связей (клеммы 19,20,21). Переменный резистор II предназначен для настройки коэффициента пологкительной обратной связи по напря- жению на электрофильтре, с помощью резистора 14 устанавливается постоянная времени интегрирования. Устройство содержит также селектор 22 искровых разрядов, состоящий из вход ного делителя сигнала нааряжения на эле ктрофильтре (резисторы 23, 24, 25), ем костного интегратора (резистор 26 конденсатор 27) и дифференциального усилителя 28. Назначение селектора - выделение переходных составляющих напряжения на электрофильтре, соответствующих искровым разрядам, «.формирование из них импульсных сигналов, импульс напряжения которых пропордаонален импульсу снижения напряжения на электродах фильтра. Блок 29 ограничения рабочего тока состоит из смещенного в сторону отрицательной полярности выходного сигнала диф ференциального усилителя ЗО и емкостного интегратора сигнала тока (конденсате 31, резисторы 32,33). Назначение данно го блока - сопоставление среднего значения тока через электрофильтр с наперед заданной уставкой и формирование сигнала отрицательной обратной связи при увеличений тока сверх этой уставки. Ре гулирование уставки ограничения тока производится переменным резистором 33. Кроме того, предлагаемое устройство включает элемент 34 блокировки перерегулирования представляющий собой фазовы компаратор, состоящий из амплитудного ограничителя сигнала тока (резистор 35, стабилитрон 36), амплитудного ограничителя сигнала амплитудно-фазового преобразователя (резистор 37, стабилитрон 38 и дифференциального усилителя 39. Назначение этого узла заключается в сопоставлении времени прохождения переднего фронта импульсов амплитудно-фазового преобразователя, которое, определяет вырабатываемьй регулятором угол регулирования силовых тиристоров, с временем прохождения переднего фронта импульсов тока электрофильтра, которое определяет фактическую величину угла регулирования , и формирование сигнала отрицательной обратной связи, если вырабатываемый регулятором угол регулирования превышает фактическую величину. Дру гое назначение этого же устройства состоит в ограничении перенапряжений при включении повысительно-вьтрямительной установки на холостой ход. Амплитудно-фазовый преобрзователь 4О, также входящий в устройство для автоматического регулирования, состоит из сшхронизЕфова1шого С питающей сетью генератора пилообразного напряжения частотой 1ОО Гц (тpaнзиcтqэ 41, конденсатор 42, резисторы 43,44,45, стабилитрон 46) и дифференциального усилителяформирователя (резистсфы 47,48,49,50, 51, усилитель 52). Назначением его является прямое преобразование уровня сигнала, поступающего от интегратора сигнала напряжения на электрофильтре в длительность выходных импульсов положительной полярности, передний фронт которых определяет угол регулирования силовых тиристоров. Другое назначение этого узла - генерация, при отсутствии сигнала на выходе интегратора, синхронизированных с сетью импульсов напряжения положительной полярности, фазовое расположение переднего фронта которых определяет начальную (минимальную) величину угла регулирования скловых тиристоров. Устройство содержит также формирователь 53 импульсов управления силовыми тиристорами, состоящий из мостового диодного ключа (диоды 54,55,56,57, оптрон 58), управляемого со стороны пЬс- i : тоянного тока нагрузочных 59, 6О и балластного 61 резисторов, и цепи утфав: ления оптроном, включающей тратзистор- ный ключ 62, балластный резистор 63 и контакт 64 пускового реле. Назначение данного блока состоит в формировании из напряжения на анодах силовых тиристоров импульсов управления и в распределении последних между управляющими переходами силовых тиристоров. В предлагаемом состоянии агрегата на все узлы и блоки подается питающее напряжение. При этом на конденсаторе 42 появляется пилообразное напряжение положительной полярности частотой 1ОО Гц, синхронизированное с напряжением питающей сети. Это пилообразное напряжение в сумме с отрицательным смещением поступает на интегрирующий вход усилителя 52. Величина отрицательного смещения уста- новлена с помощью резистора 48 такой, что при отсутствии потенциала на инвертирующем входе усилителя 52 напряжение на дифференциальном входе последнего в конце каждого полупериода сетевого напряжения ст-ановится положительным вследствие преобладания пилообразного напряжения. На выходе усилителя-формирователя 52 возникает последовательность отрицательных и положительных импульсов напряжения. Каждый импульс положитель- 1Ой полярности по своему фазовому расположению и длительности соответствует начальному (мт{ималышму) значению угла регулирования силовых тиристоров, отрицательный импульс соответствует начальной (наибольшей) величине угла включения. Начальное значение угла регулирования устанавливается при наладке устройства минимально допустимым из условий надежного включения Тиристоров и обеспёче ния оптимальной величины скорости самовозбуждения. . Положительные импульсы напряжения о амплитудно-фазного преобразователя 4О поступают на базу транзисторного ключа 62, однако включения тиристоров не происходит, так как коллекторная цепь транзистора 62. разорвана контактом пускового реле. Напряжение сети полностью падает на тиристорном блоке, на пepви иioй обмотке силового трансформатора и на электрофильтре напряжение отсутствует. При пуске агрегата контактами 18 и 64 пускового реле вводится в действие интегрирующая емкость 17 и замыкается цепь питания ключа 62 в формирователе 53 импульсов управления. Зго приводит к замыканию цепи питания светодиода оптрона 58 в момент возникновения ближайшего импульса положительной полярности на выходе амплитудно-фазового преобразователя 40. Оптрон включается и замыкает диагональ посто шного тока мостового диодного ключа 54-57, под действием напряжения на анодах силовых тиристоров, приложенного к диагонали переменного тока мостового ключа, через управляющий переход того из тиристоров, для которого анодное напряжение положительно, протекает включающий импульс тока. После включения тиристора анодное напряжение исчезает и включающий импульс прекращается. Первое же включение тиристорного блока подзаряясает электрическузо емкость электрофильтра, и на последнем появляется напряжение. Сигнал, пропорциональный этому напряжению, поступает от датчика 5 напряжения на входы интегратора 9 сигнала напряжение и селектора 22 искровьк разрядов. После усиления мощности в эмиттерном повторителе Ю част сигнала (сигнал пропорционален напряжению на электрофильтре), соответствующая установленной посредством резистора 11 величине коэффициента положительной обратной связи, появляется на интегрирую- :щей цепи. Так как напряжение обратной СВЯЗИ имеет отргщательную полярность, диод 16 открывается и конденсатор 17 начшшет зарялсаться через резисторы 13 и 14. Постоянная времени интегрирующей цепи значительно превышает постоянную времени зарядки емкости электрофильтра, поэтому после окончания первого импуль- са тока электрофильтра и закрытия торного блока конденсатор 17 продолжает заряжаться, и на выходе интегратора 9 нарастает напряжение отрицаетльной полярности. Это напряжение смещает разность потенциалов на дифференциальном входе в усилитель 52 aмплитyдIio-фaзoвoго преобразователя в сторону положительной полярности, что приводит к перемещеншо фазы возникновения положительного импульса на выходе последнего в сторону опережения, т.е. к увеличению угла регулирования силовых тиристоров в следующий полупериод напряжения сети. Увеличение утла регулирования, в свою очередь, вызывает приращение напряжения на электрофильтре, что приводит к новому нарастанию угла регулирования и т.д. Процесс самовозбуждения напряжения на электрофильтре продолжается до тех nopj пока не возникает одно из следующих ситуаций: в электрофршьтре возникают пробои осадительного пространства; контур автоматического регулирования стабилизируется в точке пересечения статических Характеристик автоматического регулятора и объекта регулирования; наступает полное открытие силовьрс тиристоров; ток электрофильтра возрастает до предельно допустимой для повысительновыпрямительной установки величины. При возникновении в осадительном пространстве фильтра искровых и дуговьк , пробоев, сопровождающихся скачкообразными снижениями напряжения до нуля, также скачкообразно исчезает Напряжение положительной обратной связи на входе в интегратор 9. Это приводит к запиранию диода 16 напражением на заряженной емкости 17. Отрицательньй сигнал на выходе интегратора 9 исчезает, и амплитудно-4)азовый преобразователь переходит в. режим генерации импульсов соответствующих минимальной начальной величине угла регулирования силовых тиристоров. Если возникающийразряд представляет собой дуговое перекрытие, угол регулирования очередного тиристора снилсается до минимальной величины, и между окончанием. импульса дугового тока и моментом включения.очередного тиристора (Возникает пауза, обеспечивающая восста9 7 ювление электрической прочности газово го промежутка фильтра. Далее с мш1имальньг л углом регул фо вания включается очередной тириотор и инициирует процесс восстановления напряжения на электрофильтре. Этот процесс протекает ускоренно, в течение нескольких полупериодов сетевого иапряжения, так как на первом его этапе разность п тенциалов на резисторе 12 меньше напряжения на конденсаторе 17 ti после/мий вьшеден из действия запертым диодом 16 В момент пробоя осадительного пространства скачкообразно снижается до нуля напряжение на входа в селектор 22 искровых разрядов. Это приводит к возникновению на дифференциальном входе в уси литель 28 положительной разности потенциалов, которая определяется зарядом конденсатора 27. Усилитель 28 формируе импульс напряжения положительной полярности, длительность которого опре/еляетс временем восстановления напряжения на электрофильтре до уровня, соответствующе го разности потенциалов на конденсаторе 27. Этот импульс подразряжает конденсатор 17 н тем самым уровень, до которого происходит ускоренный Процесс самовозбуждения напряжен 1я на электрофильтре. После восстановления напряжения до уровня, соответствующего пониженной импульсом селектора разности потенциалов на емкости 17, диод 16 открывается, и дальнейшее возрастание угла регулЕфовакия тиристоров резко тормозится шстегрирующей цепью. Этим обеспечивается замедленный подход к пробивному уровшо напряжения на электрофильтре. В результате суммарного воздействия подразряда конденсатора 17 последовательностью импугЕьсоо селектора и его заряда возрастающим напряжением на электрофильтре, на выходе интегратора 9 устанавливается динамический уровень сигнала, определяющий угол регулирования силовых тиристоров, и, следовательно средний уровень напряжения на электродах фильтра. Среднеинтегральная интенсивность процесса искрения в электрофильтре может быть снаб.жена до минимума или повышена перестановкой движка ,потенциометра 14. Если пробои соединительного пространства представляют собой искровые разряды, то электрическая прочность газового промежутка восстанавливается сразу же после практически мгновенного разряда 74 емкости электрофильтра, и под воздейст внем оставшейся части полупериода напряжения питающей сети емкость электрофильтра подзаряжается. В результате, к моменту запЕфания тиристора, проводившего во время искрового разряда, напряжение на электрофильтре успевает восстановиться до некоторого уровня, которьй в масштабе напряжений интегратора 9, как правило, меньше разности потенциалов на конденсаторе 17. Диод 16 остается запертым, к отрицательный потенциал с резистора 12 оказывается приложенным к неинверТЕфующему входу в усилитель 52 амплитудно-фазового преобразователя. Этим обуславливается увеличение угла регулирования, под которым включается очередной тиристор, в следующий после пробоя попупериод сетевогонапряжения. Поэтому скорость восстановления напряжения после искрового разряда значительно возрастает по сравнен шо со случаем дугового перекрытия, когда угол регулирования при первом после разряда включении тиристорного блока минимален. Увеличение скорости восстановления напряжения приводит к уменьшению импульса снижения напряжения на электрофильтре и, следовательно, к уменьшению длительности импульса селектора 22. В peзvльтaтe, скорость подразряда конденсатора 17 при искровых разрядах меньше, а усредненньд дшгамический уровень напряжения на эле- ктрофильтре выше, чем при дуговых пробоях. Величшш напряжения на .электрофильтре, которая успевает установиться к концу периода проводимости т фистора, зависит .от фазы возникновения искрового разряда. Чем ближе к концу импульса рабочего тока электрофильтра расположен момент возникновения искры, тем меньше остаточная вольт-секундная площадь полупериода напряжения питающей сети и тем меньше достигаемая к концу этого полупериода величина подзаряда емкости электрофильтра. Смещение фазы возникновения искрового разряда к концу импульса, тока вызьшает уменыление угла регулирования, под которым происходит первое после разряда включение тиристорногоблока, и, следовательно, снижение скорости восстановления напряхсения, а также увеличение сигнала со стороны селектора искровых разрядов. Этим обеспечивается косвенная реахщия регулятора на интенсивность искровой обратной короны. При большой интенсивности процесса обратного кд752роннрования возможно смещение фазы возникновения электрических пробоев осадительного пространства в паузу между импульсами тока. Такие разряды отрабатываются автоматическим регулятором как дуговые перекрытия, т.е. с минимальной ско ростью восстановления напряжения. При возникновении в электрофильтре длительного короткого замыкания напряжение на нем снижается до нуля. Это приводит к исчезновению отрицательной разности потенциалов на резисторе 12, диод 16 запирается .напряжением на заряженной емкости 17, усилитель 52 амплитуднофазового преобразователя ввиду отсутстВИЯ сигнала со стороны интегратора 9 переходит в. режим формирования положительных импульсов -минимальной длительности. Происходит скачкообразное снижение угла регулирования силовых тиристоров до минимального значения. Одновременно на выходе селектора искровых разрядов появляется напряжение положительной полярности, под воздействием которого емкость 17 разряжается, В таком coi стоянии устройство находится до устранения короткого замыкания. Среднее значение тока кфоткого замьнсания, определяемое минимальным (начальным) значением угла регулирования силовых тиристоров и индуктивностью токоограничивающего реактора, не превьплает нескольких процентов от номинального тока устройства и не представляет опасности для силовызс элементов. После устранения короткого замыкания напряжение на электрофильтре восстанавливается. Процесс самовозбуждения протекает при этом так же, как и при пуске устройства. ; При работе электрофильтра без обратной короны и при отсутствии пробоев оса ;.дител} ного пространства возникает режим ; перерегулирования, В процессе самовозбуждения напряжения на электрофильтре амплитудно-фазовый преобразователь 4О формирует сигнал, полностью открывающий тиристорный блок. Дальнейшее увеличение напряжения происходит без увеличения фактического .угла регулирования,так как тиристоры полностью открыты. Возникает избыточное приращение напряжения обра-рной связи на резисторе 12, и в установи шемся режиме - из.быточный заряд кснден . сатора 17. Амплитудно-фазовьй .преобразователь 40 в этих условиях формирует положительные импульсы напряжения избыточной длительности или, если сигнал СО стороны интегратора сигнала напряжения превышает смещение, задаваемое резистором 48, вырабатывает на .выходе постоянный сигнал положительной полярности. Фактическая величина угла регулирования силовых тиристоров в этом случае определяется моментами восстановления напряжения на анодах. Если в данном состоянии устройства в электрофильтре возникают пробои, отработка по углу регулирования отсутствует до тех пор, пока импульсами селектора искровых разрядов не устренится избыточный заряд конденсатора 17. Устранение этого недостатка производится устройством 34 блокировки перерегулирования. Превышение длительности положительных импульсов напряжения, формируемых aмплитyдIio-фaзoвым преобразователем 40, по сравнению с импульсами тока электрофильтра, фазовое расположение переднего фронта которых характеризует величину фактического угла регулирования тиристфов, приводит к формированию на вькоде усилителя 39 импульсов напряжения положительной полярности, подразряжающих конденсатор 17. В результате, несмотря на избыточность напряжения обратной связи на резисторе 12, излишний заряд конденсатора 17 не возникает, , и напряжение на выходе интегратора 9, а .следовательно, н длительность импульсов амплитудно-фазового преобразователя поддерживается на уровне, который соответствует фактическому углу регулирования силовьпс тиристоров. При включении повысительно-вьшрямительной установки на холостой ход отсутствует сигнал от датчика 6 тока, который в нормальном режиме работы блокирует прохождение импульсов, формируемых амплитудно-фазовым преобразователем 4О, через усилитель 39 устройства 34 блокировки перерегулирования. Поэтому при холостом ходе установки усилитель 39 работает в режиме повторителя сигнала амплитудно-фазового преобразователя. Выходной сигнал усилителя 39 положительной полярности поступает на вход 21 интегратсра сигнала напряжения на электрофильтре, разряжает конденсатор 17, тем самьшс блокирует процесс самовозбуждения и ограничивает угол регулирования тиристоров его минимальным, (начальным) значением. Если включение на холостой ход производится-кнопкой Пуск, угол регулирования остаётся равным начальной величине; при внезапном переходе установки на холостой ход из нагрузочного режима угол регулирования снижается до минимальной величины в течение двух-трех полупериодов сетевого напряжения. Этим исключаются опасные для высоковольтных элементов установки перенапряжения при пуске на холостой ход и обеспечивается быстродействующее снятие перенапряжений при аварийном возникновении холостого хода (например, при обрыве высоковольтной силовой цепи).

Технико-экономическая эффективность изобретения определяется повышением эффективности процесса газоочистки вслед ствие автоматичйВкого ограничения интен сивности безыскрового обратного кс зонного разряда, а также ввиду Повьшенной точности регулирования при электрических пробоях осадительного пространства фильт ра;, экономией электроэнергии, расходуемой на газоочистку в условиях безыскровой обратной короньц повышением надежности силовой части устройства вследствие значительного повышения быстродействия защиты от коротких замьшаний в электрофильтре (длительнс сть существо вания тока короткого замыкания не щэевьпиаёт 0,01 с) и связанного с этим уменьшения термического и динамичесжого воздействия токов короткого замыкания; упрощением и удешевлением автоматического регулятора, связанным с тем, что вс функции регулирования и защиты выполняются основным трактом, с минимальным количеством корректирующих связей; повьпиением надежности устройства вследствие автоматического ограничения перенапряжений при холостом ходе. .. Формулаизобретения

1. Устройство для автоматического регулирования напряжения на электрофильтре, содержащее датчик тока, к выходу которого подключен блок ограничения рабоччего тока, и датчик напряжения на элек- рофильтре, к выходу которого подключен селектс искровых разрядов, амплитуднофазовый преобразователь, к выходу которого подключен формирователь импульсов управления силовыми тиристорами, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности процесса газоочистки, снижения расхода электроэнер- :гии на газоочистку, повышения надежности и упрощения устройства, вход амплитудно-фазового гфеобразователя подключен к выходу датчика напряжения на электрофильтре через усилительный элемент и согласующий резистивный делитель напряжения, причем параллельно входу в амплитудно-фазовый преобразователь подключен через разделительный диод интегратор; напряжения, а выходы селектора искровых разрядов и блока ограничения рабочего тока подключены к дополнительным входам интегратора напряжения.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем что оно снабжено элементом блокировок перерегулирования, выполненным в виде фазового компаратора, один из входов подключен к датчику тока, /фугой вход - к выходу амплитуднофазового преобразователя, а выход - ко входу интегратора напряжений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Великобритании № 12О5645, кл. Н 2 Н, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР № 355606, кл. Q 05 F 1/22, 197О (прототип).