CN101995531B - 电除尘器高压直流输出回路的故障检测方法 - Google Patents

Abstract

一种电除尘器高压直流输出回路的故障检测方法，解决现有的故障检测装置不能对一种故障现象报警的问题，属电除尘器的故障检测技术，本发明是在电除尘器电气控制装置的电压控制器与工控机、可编程控制器通过联网组成的集中监控系统中，利用电压控制器和监控系统建立的网络和数据通道，将所有电场的主要电气运行数据的实时值从电压控制器读入工控机，通过编制的数据处理和逻辑判断程序，对读入的实时数据进行运算、分析处理，找出运行中二次电流突变的事件，来判断是否有电场发生了电场高压直流输出开路故障或阻尼电阻烧坏开路的隐性故障，发现故障时输出报警信息，以提示维修人员及时检查和进行故障处理，拓展了电除尘器电压控制器的应用功能。

Description

电除尘器高压直流输出回路的故障检测方法

技术领域

本发明涉及电除尘器的故障检测技术，尤其是指一种电除尘器高压直流输出回路出现开路故障的检测方法。

背景技术

在火力电厂中，锅炉燃料一般为全烧煤，可混烧高炉煤气和焦炉煤气形式的锅炉不多，该形式的锅炉产生的烟气参数变化很大，使得锅炉烟道上的干式电除尘器运行中二次电流、二次电压变化很大。电除尘器的电气设备系统采取每个电场配置一个独立的供电装置。其电气控制回路由低压电源开关、大功率可控硅组件、整流变压器、直流高压分路刀闸、阻尼电阻和电场放电线、集尘板构成，将工频交流电源转换成脉动直流高压电源，向电除尘器内部由集尘板和放电线组成的收尘静电场供电。控制回路由专用电压控制器组成的闭环控制系统来控制大功率可控硅组件的导通角，调节整流变压器输入的电压值，控制电场的二次电流和二次电压运行在收尘效率最高的工作点上。电压控制器采用该领域普遍使用的可控硅控制方式，通过网络技术，将各个电场的电压控制器联接起来与工业计算机组成集中监控系统。工业计算机运行专用的监控软件可对电除尘器各个电场的电压控制器进行操作、监视、测试参数、故障报警和记录等。

图1是电除尘器电气控制装置控制回路示意图，在控制回路中，输入的AC380V电源，经低压电源开关(空气开关)SW、大功率可控硅组件SCR和整流变压器(高压整流输出回路)T/R，输出负极性的直流高电压，再由2个高压分路闸刀LK1、LK2分别经串接的阻尼电阻R1、R2连接到1个电场的2个除尘分电场F1、F2内的放电线11、12，在放电线与集尘极板13之间产生1个静电场，通过大地形成一个电的回路。

锅炉烟气中的粉尘进入上述分电场F1、F2形成的静电场后被荷电，在电场力的作用下被驱向集尘极板13，并在电场力的作用下吸附在集尘极板13上，完成连续的集尘过程。集尘极板13上吸附的粉尘被一个极板振打控制系统(未图示)进行间断振打，使集尘极板13上成片块状的粉尘锤落到设置在集尘极板13底部的灰斗(未图示)内，完成除尘过程。

由图1所示，从控制回路的整流变压器T/R的二次电流取样电阻Rx上检测二次电流I s，读入电压控制器AVC，经AVC对整流变压器T/R的高压整流输出回路闭环进行调节控制，同时将二次电流Is信号以Q秒平均值输出到工控机IPC，在工控机IPC上通过应用程序或者联网的可编程控制器PLC进行故障检测(如：低电压、过电流、电源丢失、火花率等)、报警。

在图1所示的控制回路中，当分电场F1或F2中发生接地故障时，可以将发生接地故障的分电场用分路闸刀LK1或LK2将其接地切除，退出运行，从而保留另一个分电场正常运行，提高了电除尘器电场的可投运率。另外，在控制回路中空载升压试验时可分别对各个电场单独进行施压，这样能输出足够大的电流，使二次电压能达到试验所要求的极值。

但是，上述控制回路在实际运行中，串接的阻尼电阻R1、R2由于承受电场内部极间短路故障电流的冲击和本身的老化而发生烧坏，造成高压直流输出开路，使开路一侧的分电场失电，由于监控系统一般是无人值班，即使有人值班，如果锅炉燃料和运行工况变化大，电除尘器运行中电场的二次电压、二次电流也随之有较大的变化，不易辨别是否出现了分电场高压直流输出开路的故障。

上述控制回路中现有的集中监控程序尚没有针对这一故障的自动检测、报警的功能，往往造成开路一侧的分电场长时间丧失收尘功能而不被发现，若不及时消除处理让其继续运行，则会降低电除尘器总的除尘效果，增加烟尘向大气的排放量。对此，需在监控程序或监控设备中开发一种自动检测、报警的功能，用于平时能及时发现电除尘器电气控制回路这一较隐性的故障信息。

目前在电除尘器监控系统功能方面，各个电除尘器专业制造厂商开发了多种检测、报警功能的应用程序，如：低电压、过电流、电源丢失、整流变温度高等，其检测报警功能各有所长，而且制造厂商在汇集各类用户实际应用中的问题和形成对策措施的基础上，不断修改、增补应用功能，使监控应用程序功能愈来愈强，性能愈来愈完善。例，专利号：ZL200520044623.5，该专利的技术是以采用硬件设备-非线性限流器替代阻尼电阻，其作用是当电场内发生极间短路故障时，通过非线性限流器来降低短路电流输出，解决阻尼电阻容易烧坏造成分电场高压直流输出回路开路的问题，但非线性限流器本身或高压直流输出回路其他部分故障造成分电场输出回路开路时没有检测、报警功能。

目前，电除尘器监控程序已被作为电除尘器制造厂商用于电除尘器控制设备市场竞争的必备条件。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提供一种监控系统能及时发现电除尘器高压直流输出回路串接阻尼电阻在运行中烧坏开路或其他原因造成输出端开路的隐性故障，并输出报警信息的一种电除尘器高压直流输出回路的故障检测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种电除尘器高压直流输出回路的故障检测方法，由电除尘器电气控制装置进行所述故障检测方法，所述电除尘器电气控制装置中输入的AC380V电源经低压电源开关、大功率可控硅组件和整流变压器输出负极性的直流高电压，再由2个高压分路闸刀分别经串接的阻尼电阻分别连接到除尘器1个电场的2个分电场，其中整流变压器的二次电流取样电阻上检测1个电场的二次电流Is，二次电流Is被读入一电压控制器，由电压控制器对整流变压器进行调节控制，同时将二次电流Is信号以Q秒平均值输出到一工控机，通过电压控制器与工控机、可编程控制器通过联网组成的集中监控系统进行故障检测，其特征在于所述故障检测方法包括以下步骤：

S1、S1′，在工控机监控程序的画面上，将自动检测投用功能开关置ON，进行自动检测、报警功能的程序投入运行，同时将电压控制器中1个电场的二次电流Is以Q秒平均值输出；

S2，程序中读入电压控制器输出的二次电流Is；

S3，所述二次电流Is在x分钟经n个Is平均值运算器运算1次，送出x分钟Is的平均值Is1后，n个Is平均值运算器自身清零；

S4，将上述步骤S3中得到的Is1送到第一m个数据移位寄存器进行移位寄存，其中m的值表示移位寄存器栈的个数；

S5，当第一m个数据移位寄存器的数据填满时，由m′分钟Is1平均值运算器A作m′分钟平均值运算，得到Is2，其中m′＝xm；

S6，将上述步骤S5中的运算结果Is2放入A寄存器，此后，上述步骤S5中的m′分钟Is1平均值运算器A将步骤S4中的第一m个数据移位寄存器栈中的数据以每x分钟运算1次，运算结果值对A寄存器进行不断刷新；

S7，从上述步骤S4中的第一m个数据移位寄存器溢出的数据逐个读入第二m个数据移位寄存器，并计数；

S8，当第二m个数据移位寄存器的数据填满时，由m′分钟Is1平均值运算器B作m′分钟平均值运算，得到Is3，其中m′＝xm；

S9，将上述步骤S8中的运算结果Is3放入B寄存器，此后，上述步骤S8中的m′分钟Is1平均值运算器B将上述步骤S7中的第二m个数据移位寄存器栈中的数据以每x分钟运算1次，运算结果值对B寄存器进行不断刷新；

S10，上述步骤S6中的A寄存器中的数据经过2m分钟延时器延时得到A寄存器中的二次电流当前值IsA；

S11，上述步骤S9中的B寄存器中的数据经过m分钟延时器延时得到B寄存器中的二次电流当前值IsB；

S12，将上述步骤S10、S11中分别得到的数据IsA、IsB按下式进行运算判断：|IsB-IsA|≥IsB/2*β——式1，其中：β为电场不平衡修正系数；

若式1的判断条件不成立时，没有发生二次电流突变事件，判断的逻辑回路输出0，不产生报警的单脉冲信号，流程处于等待状态；

S13，当上述式1中的判断条件成立时，发生二次电流突变事件，判断的逻辑回路输出1，产生单脉冲信号；

S14，上述单脉冲信号发出报警信号，同时进行报警事件记录以及将报警信息上传上位机。

所述步骤S3中x分钟的x值为：0.5，1，1.5，2；

所述n个Is平均值运算器的n值为：10，20，30。

所述步骤S4中的第一m个数据移位寄存器是先进先出型的移位寄存器。

所述步骤S5中的第一m个数据移位寄存器及步骤S7中的第二m个数据移位寄存器的m值为：3，4，5，6，7，8，9，10。

所述式1中的电场不平衡修正系数β取0.85。

本发明的有益效果：

电除尘器监控系统采用本发明的故障检测方法能及时自动检测到电除尘器高压直流输出回路串接阻尼电阻在运行中烧坏开路或其他原因造成输出端开路的隐性故障，并输出报警信息，达到提示故障发生及使维修人员及时检查和进行故障处理的目的。此外，本发明适用于全烧煤、混烧煤等多种燃烧方式锅炉的烟气除尘器监控用，特别适用于电除尘器高压整流变压器输出端带2个分电场配置阻尼电阻的电除尘器集中监控系统中使用，也可直接用于电除尘器的电压控制器上，在电压控制器内置的微处理器上直接嵌入本发明的自动检测、报警程序后，可拓展电除尘器电压控制器的应用功能。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为电除尘器电气控制装置示意图；

图2为本发明的故障检测方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本发明的故障检测方法是利用图1所示的电除尘器电气控制装置进行的，电除尘器电气控制装置中输入的AC380V电源经低压电源开关、大功率可控硅组件和整流变压器输出负极性的直流高电压，再由2个高压分路闸刀分别经串接的阻尼电阻分别连接到除尘器1个电场的2个分电场，其中整流变压器的二次电流取样电阻上检测1个电场的二次电流Is，二次电流Is被读入一电压控制器，由电压控制器对整流变压器进行调节控制，同时将二次电流Is信号以Q秒平均值输出到一工控机，通过电压控制器与工控机、可编程控制器通过联网组成的集中监控系统进行故障检测，其特征在于所述故障检测方法包括以下步骤：

在图1所示的电除尘器控制装置是一个检测和控制功能较完整的装置，其配置的网络通信接口，可用于工控机IPC联网组成集中监控系统。在监控系统上可运行多个专用监控程序对电除尘器的所有电气设备进行监控、操作记录、数据存档、故障分析、故障报警和输出报警信号等。

运行中二次电流Is发生突变事件的过程分析如下：

1.锅炉在负荷和燃料正常稳定运行工况下，其排出的烟气成分和流量、温度等参数变化量较小，电除尘器各电场的二次电压、二次电流、火花率的变化量也较小，在趋势图上反映的是较小的波动曲线。

2.锅炉在负荷和燃料较频繁变化的运行工况下，其排出的烟气成分和流量、温度等参数变化量则较大，电除尘器各分电场的二次电压、二次电流、火花率的变化量也较大，即使这个变化量达到50％，这个变化也是一个平滑变化的过程，被视为是由运行工况引起的变化，在趋势图上反映的是向上或向下走向的平滑波动曲线。

3.当1个电场中的任一分电场的高压阻尼电阻烧坏造成开路故障，或直流输出端其他部分开路故障发生时，整个电场的二次电流Is将下降50％，这个原因造成的二次电流下降的变化是突变的(区别于上述第2种情况下的平滑波动曲线)。

根据上述情况，本发明的方法就是对上述第3种情况中二次电流出现突变下降时能够进行检测、运算及处理，以判定电除尘器高压直流输出回路发生开路故障。

本发明采用图1所示的装置进行故障检测，故障检测的方法参见图2所示的流程图(是对1个电场的2个分电场的故障进行检测、运算及判断的流程)，包括以下步骤：

S1、S1′，在工控机IPC监控程序的HMI画面上，将自动检测投用功能开关置ON，则进行自动检测、报警功能的程序投入运行，同时将电压控制器AVC中1个电场的2个分电场的二次电流Is以Q秒平均值输出。

S2，程序中读入电压控制器输出的二次电流Is。

S3，二次电流Is在x分钟经n个Is平均值运算器运算1次，送出x分钟Is的平均值Is1后，n个Is平均值运算器自身清零，即，二次电流Is值采用每x分钟为一个周期经n个Is平均值运算器运算1次，x值小，运算的次数多，判断的时间段就短，检测捕捉信号的灵敏度就高，实际应用需根据控制对象的情况来定，例，如果采用1分钟为一个周期，即送出的平均值Is1是二次电流Is在1分钟的平均值，如果x设为2，则运算结果Is1是Is在2分钟的平均值，一般，n取值：10，20，30；x取值：0.5，1，1.5，2。

S4，将上述步骤S3中得到的Is1送到第一m个数据移位寄存器(先进先出型的移位寄存器)进行移位寄存，这里，m的值表示移位寄存器有几个栈，若m＝5，则可放5个Is的x分钟的平均值Is1，以此类推，一般，m取值：3，4，5，6，7，8，9，10。

S5，当第一m个数据移位寄存器的数据填满时，由m′分钟Is1平均值运算器A作m′分钟平均值运算，得到Is2，这里，若x设为1，则m＝m′；若x设为2，则m′＝2m；即m′＝xm，其目的是简化编程，提高程序的运算速度。

S6，将上述步骤S5中的运算结果Is2放入A寄存器。此后，步骤S5中的m′分钟Is1平均值运算器A将步骤S4中的第一m个数据移位寄存器栈中的数据以每x分钟运算1次，运算结果值对A寄存器进行不断刷新，使A寄存器中的数据始终是当前最新的。

S7，S7′，从上述步骤S4中的第一m个数据移位寄存器溢出的数据逐个读入第二m个数据移位寄存器，并计数。为了达到对一个时间上连续不断的数值进行前、后时间段的接续比较，要将前段的数据接续地保留，才能与后段时间比较，这里，“溢出的数据”就是指第一m个数据移位寄存器存满后，在时序上第m+1个数据读入时，被溢出的就是原第1个数据；在时序上第m+2个数据读入时，被溢出的是原第2个数据，以此类推。当第二m个数据移位寄存器存满m个数据时(需要2m时间)，就具备了前、后2个相等时间段的数据平均值进行比较的平台。这里的第一m个数据移位寄存器与第二m个数据移位寄存器中的“m”必须相同。若不相等，则比较的时间段长短不等。

举例：要在时序上对1个连续变化的模拟量数据进行后5分钟的平均值与前5分钟的平均值进行每分钟1次的比较。若设x＝1，m＝5，以这个方法就能完成前、后相等时间段数据的连续比较目的。

S8，当第二m个数据移位寄存器的数据填满时，由m′分钟Is1平均值运算器B作m′分钟平均值运算，得到Is3，这里，m′＝xm。

S9，将上述步骤S8中的运算结果Is3放入B寄存器。此后，步骤S8中的m′分钟Is1平均值运算器B将步骤S7′中的第二m个数据移位寄存器栈中的数据以每x分钟运算1次，运算结果值对B寄存器进行不断刷新，使B寄存器中的数据始终是当前最新的。

S10，上述步骤S6中的A寄存器中的数据经过2m分钟延时器延时得到A寄存器中的二次电流当前值IsA。

S11，上述步骤S9中的B寄存器中的数据经过m分钟延时器延时得到B寄存器中的二次电流当前值IsB。

S12，将上述步骤S10、S11中分别得到的数据IsA、IsB按下面式1进行运算判断：|IsB-IsA|≥IsB/2*β——式1，其中：β为电场不平衡修正系数。

若式1的判断条件不成立时，说明没有发生二次电流突变事件，判断的逻辑回路输出“0”，不产生报警的单脉冲信号，流程处于等待状态。

S13，当上述式1中的判断条件成立时，说明发生二次电流突变事件，判断的逻辑回路输出“1”，产生单脉冲信号。

S14、S15、S16，上述单脉冲信号发出报警信号(包括画面、声光报警等)，同时进行报警事件记录以及将报警信息上传上位机。

操作人员可根据监控需求将上述步骤S1中的“自动检测投用”功能开关置“OFF”，判断逻辑回路退出，则自动检测、报警功能程序停止运行。

这里，式1中满足判断要求，就能判断出这个电场是否发生了高压阻尼电阻烧坏造成开路故障，或直流输出端其他部分开路故障。考虑到两个分电场运行中的二次电流Is不可能完全相等，在编制的程序中需要增加1个电场不平衡修正系数β，一般取0.85左右。

这里，为了避免该故障检测报警功能投用时，寄存器中的随机数据引起误报警，设置了1个时间延时功能，用于保证被比较的读入数据在时间上已符合条件。

举例：当某电场2个分电场运行总电流为1800mA。控制逻辑设计：n＝10；x＝1；m＝5。若某一时刻，其中1个分电场阻尼电阻烧坏，造成该分电场开路，运行总电流降为1000mA。经过10分钟时，根据上述式1判断结果，将输出1个“某电场分电场故障”报警信号。其运算如下：

1800-1000≥1800/2*0.85

800≥765(说明发生故障的条件成立)。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (3)

1.一种电除尘器高压直流输出回路的故障检测方法，由电除尘器电气控制装置进行所述故障检测方法，所述电除尘器电气控制装置中输入的AC380V电源经低压电源开关、大功率可控硅组件和整流变压器输出负极性的直流高电压，再由2个高压分路闸刀分别经串接的阻尼电阻分别连接到电除尘器1个电场的2个分电场，其中整流变压器的二次电流取样电阻上检测1个电场的二次电流Is，二次电流Is被读入一电压控制器，由电压控制器对整流变压器进行调节控制，同时将二次电流Is信号以Q秒平均值输出到一工控机，通过电压控制器与工控机、可编程控制器通过联网组成的集中监控系统进行故障检测，其特征在于所述故障检测方法包括以下步骤：

S1、S1′，在工控机监控的HMI画面上，将自动检测投用功能开关置ON，进行自动检测、报警功能投入运行，同时将电压控制器中1个电场的二次电流Is以Q秒平均值输出；

S2，读入电压控制器输出的二次电流Is；

S3，所述二次电流Is在x分钟经n个Is平均值运算器运算1次，送出x分钟Is的平均值Is1后，n个Is平均值运算器自身清零，其中，x值为：0.5，1，1.5，2；n值为：10，20，30；

S4，将上述步骤S3中得到的Is1送到第一m个数据移位寄存器进行移位寄存，其中m的值表示移位寄存器栈的个数；

S5，当第一m个数据移位寄存器的数据填满时，由m′分钟Is1平均值运算器A作m′分钟平均值运算，得到Is2，其中m′＝xm，m值为：3，4，5，6，7，8，9，10；

S6，将上述步骤S5中的运算结果Is2放入A寄存器，此后，上述步骤S5中的m′分钟Is1平均值运算器A将步骤S4中的第一m个数据移位寄存器栈中的数据以每x分钟运算1次，运算结果值对A寄存器进行不断刷新；

S7，从上述步骤S4中的第一m个数据移位寄存器溢出的数据逐个读入第二m个数据移位寄存器，并计数；

S8，当第二m个数据移位寄存器的数据填满时，由m′分钟Is1平均值运算器B作m′分钟平均值运算，得到Is3，其中m′＝xm；

S9，将上述步骤S8中的运算结果Is3放入B寄存器，此后，上述步骤S8中的m′分钟Is1平均值运算器B将上述步骤S7中的第二m个数据移位寄存器栈中的数据以每x分钟运算1次，运算结果值对B寄存器进行不断刷新；

S10，上述步骤S6中的A寄存器中的数据经过2m分钟延时器延时得到A寄存器中的二次电流当前值IsA；

S11，上述步骤S9中的B寄存器中的数据经过m分钟延时器延时得到B寄存器中的二次电流当前值IsB；

S12，将上述步骤S10、S11中分别得到的数据IsA、IsB按下式进行运算判断：|IsB-IsA|≥IsB/2*β——式1，其中：β为电场不平衡修正系数；

若式1的判断条件不成立时，没有发生二次电流突变事件，判断的逻辑回路输出0，不产生报警的单脉冲信号，流程处于等待状态；

S13，当上述式1中的判断条件成立时，发生二次电流突变事件，判断的逻辑回路输出1，产生单脉冲信号；

S14，上述单脉冲信号发出报警信号，同时进行报警事件记录以及将报警信息上传上位机。

2.如权利要求1所述的电除尘器高压直流输出回路的故障检测方法，其特征在于：

所述步骤S4中的第一m个数据移位寄存器是先进先出型的移位寄存器。

3.如权利要求1所述的电除尘器高压直流输出回路的故障检测方法，其特征在于：

所述式1中的电场不平衡修正系数β取0.85。

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