EP0030320A1 - Verfahren zum Erfassen von Durchschlägen bei einem Elektrofilter - Google Patents

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EP0030320A1
EP0030320A1 EP80107358A EP80107358A EP0030320A1 EP 0030320 A1 EP0030320 A1 EP 0030320A1 EP 80107358 A EP80107358 A EP 80107358A EP 80107358 A EP80107358 A EP 80107358A EP 0030320 A1 EP0030320 A1 EP 0030320A1
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Franz Dipl.-Ing. Neulinger
Horst Dr. Dipl.-Ing. Daar
Günter Mehler
Helmut Dipl.-Ing. Schummer
Walter Dipl.-Ing. Schmidt
Heinrich Winkler
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/66—Applications of electricity supply techniques
    • B03C3/68—Control systems therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
    • Y10S323/903—Precipitators

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting breakdowns in an electrostatic filter, which is fed via a rectifier, a high-voltage transformer and an actuator from an AC voltage network and in which the breakdown criterion is the exceeding of a predetermined differential voltage value of individual measured values of the same phase position of successive half-waves of the filter voltage.
  • This generic term refers to a method as is known for example from DE-OS 25 40 084.
  • a method for detecting the breakdown on the high-voltage side can be e.g. consist in that the voltage amplitudes of successive half-waves of the fluctuations in the voltage at the separator are continuously compared with one another and a predetermined deviation of assigned measured values serves as a criterion for a breakdown.
  • the arcing depends on the voltage Maximum of the half-wave occur, it can suffice in many cases according to the solution of the aforementioned DE-OS 25 40 084 if the voltage profiles are compared with each other according to the amplitude maximum.
  • individual voltage values can be recorded and stored in the falling flank of the separator voltage at predetermined times and these voltage values can each be compared with the measured voltage values of a subsequent half-wave at the corresponding times shifted by the period. If the comparison shows a considerable deviation, this can serve as a criterion for the rollover.
  • the object of the present invention is to ensure immediate detection of a breakdown in the entire possible filter voltage range.
  • the peak values of the half-waves in each period of the primary current are additionally ge stores and compared with the assigned peak values in the following network period.
  • exceeding a peak current difference proportional to the peak current value serves as a breakdown criterion.
  • the drop below a predetermined minimum voltage in the filter also serves as a breakdown criterion.
  • the sole occurrence of this criterion - without the voltage comparison criterion mentioned at the beginning - can serve as an indication of a fault in the system.
  • the calculations and storage of the measured values required for calculating the breakdown detection are advantageously carried out digitally, with the aid of a microcomputer system.
  • An electrostatic filter 1 is connected to a high voltage rectifier 2 and a high-voltage transformer 3 fed from an AC network 5.
  • a thyristor actuator 4 ′ for example, is provided in the primary circuit and is controlled by a digital regulator 6. This digital controller forms the necessary control signals for the thyristor actuator 4 from current and voltage-dependent values in conjunction with the breakdowns.
  • Breakthrough processing in controller 6 is initiated via gate 79 if
  • Breakthrough detection is suspended for the duration of the remaining half-wave.
  • switch 77 which are actuated by a synchronization control, not shown.
  • the primary current I p is rectified with a rectifier 8 and the peak values I p (N) and I p (N + 1) of a half wave and the following half wave are stored and with the corresponding values Ip (N + 2), Ip (N + 3) of the following network period compared. This results in the determination of the following current differences at the comparison stage 73 connected to the memories 71 and 72.
  • Each of the two peak value differences is compared with a limit value, which is calculated according to the following relationship: where X i is the permissible deviation of the primary current peak value. Breakthrough processing is triggered when or
  • the breakdown processing is also initiated if the detection has not been achieved according to the above two criteria, for example: due to a fault in a converter module.
  • the sole triggering according to criterion 3, falling below the minimum voltage, just like the sole occurrence of criterion 2 - excessive primary current - represents an abnormal operating result and is additionally output via gate 10 as fault signal St.
  • This microcomputer system essentially consists of a central unit 91, the actual arithmetic and control unit, the memory 92 and the input and output devices 93, all of which are connected to a common bus 94.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
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  • Electrostatic Separation (AREA)
  • Testing Relating To Insulation (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Durchschlägen bei einem Elektrofilter (1), das von einem Mikrocomputersystem (9) gesteuert wird. Hierzu werden Einzelmeßwerte gleicher Phasenlage aufeinanderfolgender Halbwellen der Filterspannung (UF) und Scheitelwerte aufeinanderfolgender Halbwellen des Primärstromes (Ip) miteinander verglichen. Die Differenzen der Meßwerte, bei denen ein Durchschlagssignal ausgegeben wird, werden von jeweils vorliegender Filterspannung (UF) bzw. Primärstrom (Ip) abhängig gemacht.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen von Durchschlägen bei einem Elektrofilter, das über einen Gleichrichter, einen Hochspannungstransformator und ein Stellglied aus einem Wechselspannungsnetz gespeist wird und bei dem als Durchschlagskriterium das Überschreiten eines vorgegebenen Differenzspannungswertes von Einzelmeßwerten gleicher Phasenlage aufeinanderfolgender Halbwellen der Filterspannung dient.
  • Mit diesem Oberbegriff wird auf ein Verfahren Bezug genommen, wie es beispielsweise aus der DE-OS 25 40 084 bekannt ist.
  • Es ist üblich, einen Durchschlag über die Erhöhung des Primärstromes zu erfassen. Das alleinige Erfassen der über den Nennstrom hinausgehenden Stromspitzen reicht jedoch nicht aus, da häufig bei Betrieb Durchbrüche auftreten, deren Spitzen den Nennstrom nicht überschreiten. Auch diese stromschwachen Durchbrüche müssen von der Steuerung erfaßt werden. Die Stromerfassung muß daher so bemessen sein, daß Stromspitzen nach prozentualer Überschreitung des gerade gefahrenen Betriebsstromes erkannt und danach Steuervorgänge ausgelöst werden.
  • Neben dieser auf der Primärseite der Spannungsanlage vorgesehenen indirekten Durchbruchserfassung gibt es die auf der Hochspannungsseite einzusetzende direkte Durchbruchserfassung. Bei dieser wird z.B. der Spannungseinbruch im Moment des Durchschlages ausgenutzt. Es spielt keine Rolle, ob dabei der Durchbruchsstrom die Nennstromgrenze überschritten hat oder nicht. Da der Spannungseinbruch auch bei stromschwachen Durchbrüchen auftritt, wird dieser innerhalb der vorliegenden Halbwelle festgestellt. Beim indirekten Erfassen über den Primärstrom geschieht dagegen das Erfassen in der Regel erst über die Ladestromspitze der den Durchbruch folgenden Stromhalbwelle. Der Primärstrom zeigt nämlich im Moment des Durchbruches nur eine geringe Reaktion. Als am günstigsten kann somit das direkte Erfassen des Durchschlages auf der Hochspannungsseite angesehen werden.
  • Ein Verfahren zum hochspannungsseitigen Erfassen des Durchbruches kann z.B. darin bestehen, daß jeweils die Spannungsamplituden aufeinanderfolgender Halbwellen der Schwankungen der Spannung am Abscheider miteinander fortlaufend verglichen werden und eine vorgegebene Abweichung zugeordneter Meßwerte als Kriterium für einen Durchschlag dient.
  • Da die Überschläge erfahrungsgemäß nach dem Spannungsmaximum der Halbwelle auftreten, kann es in vielen Fällen nach der Lösung der vorgenannten DE-OS 25 40 084 genügen, wenn jeweils die Spannungsverläufe nach dem Amplitudenmaximum miteinander verglichen werden. Hierzu können z.B. jeweils zu festgelegten Zeitpunkten in der abfallenden Flanke der Abscheiderspannung einzelne Spannungswerte erfaßt und gespeichert werden und diese Spannungswerte jeweils mit den gemessenen Spannungswerten einer nachfolgenden Halbwelle an den entsprechenden, um die Periodendauer verschobenen Zeitpunkten verglichen werden. Ergibt der Vergleich eine beträchtliche Abweichung, so kann dies als Kriterium für den Überschlag dienen.
  • Eine derartige Erfassung von Durchschlägen hat sich bewährt; das Vorgeben eines ausreichenden Unterschiedes ist jedoch über den ganzen Filterspannungsbereich hinweg etwas problematisch, da u.U. dieser Wert bei niedrigen Spannungswerten kleiner als bei relativ hohen Spannungswerten bemessen sein müßte.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für ein sofortiges Erkennen eines Durchschlages im gesamten möglichen Filterspannungsbereich zu sorgen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß.dadurch gelöst, daß der zulässige Differenzspannungswert als prozentualer Wert der jeweils gemessenen Filterspannung vorgegeben wird. Auf diese Weise hat man zu jedem Zeitpunkt ein Vergleichsnormal, das den jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt ist und kann somit sofort entscheiden, ob ein Durchschlag vorliegt oder nicht.
  • Zur Erhöhung der Sicherheit der Durchbruchserfassung ist es von Vorteil, wenn zusätzlich die Scheitelwerte der Halbwellen in jeder Periode des Primärstromes gespeichert und mit den zugeordneten Scheitelwerten in der folgenden Netzperiode verglichen werden. Auch hier dient dann das Überschreiten einer dem Scheitelstromwert proportionalen Scheitelstromdifferenz als Durchschlagskriterium.
  • Tritt allein das Stromkriterium auf, so kann das als Indiz für einen Fehler in der Anlage gewertet werden, da normalerweise auch das spannungsabhängige Signal vorliegen sollte.
  • Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit für die wesentliche Größe "Durchschlag" ist es ferner von Vorteil, wenn auch das Unterschreiten einer vorgegebenen Mindestspannung im Filter ebenfalls als Durchschlagskriterium dient. Auch hier kann das alleinige Auftreten dieses Kriteriums - ohne das eingangs erwähnte Spannungsvergleichskriterium - als Hinweis für einen Fehler in der Anlage dienen.
  • Die zur Berechnung der Durchschlagserfassung erforderlichen Rechnungen und Speicherungen der Meßwerte werden vorteilhafterweise digital vorgenommen, und zwar mit Hilfe eines Mikrocomputersystems.
  • Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert;
    es zeigen:
    • Figur 1 das elektrische Schaltbild einer Elektrofilteranlage mit Durchschlagserfassung,
    • Figur 2 den Verlauf der Filtergleichspannung in Abhängigkeit von der Zeit und
    • Figur 3 den Verlauf des Primärstromes abhängig von der Zeit.
  • Ein Elektrofilter 1 wird über einen Hochspannungsgleichrichter 2 und einen Hochspannungstransformator 3 aus einem Wechselstromnetz 5 gespeist. Zur Spannungsregelung bzw. Stromregelung ist im Primärkreis z.B. ein Thyristorstellglied 4'vorgesehen, das von einem Digitalregler 6 angesteuert wird. Dieser Digitalregler bildet aus strom- und spannungsabhängigen Werten in Verbindung mit den Durchschlägen die notwendigen Steuersignale für das Thyristorstellglied 4.
  • Wie bereits einleitend bemerkt, werden zur Durchschlagserfassung drei Kriterien herangezogen, und zwar einmal der Spannungsvergleich aufeinanderfolgender Halbwellen der Filterspannung, dann der Vergleich von Scheitelwerten des Primärstromes und zusätzlich noch eine Mindestspannungsüberwachung.
  • Die Halbwellen der Filterspannung UF (vgl. Figur 2) werden z.B. zwanzigmal - Abtastung i= 0,1,2... - pro Halbwelle abgetastet, wobei der Halbwellenbeginn mit z.B. der Spannung UFO(N) durch das externe Signal Nulldurchgang der Netzspannung mit der Periode T signalisiert wird. Im Speicher 74 werden zwanzig dieser über die halbe Periode T/2 verteilten Einzelmeßwerte UFi(N) der Halbwelle N gespeichert. Anschließend werden im Speicher 75 zwanzig Einzelmeßwerte UFi(N+1) der nachfolgenden Halbwelle N+1 abgetastet und gespeichert, und zwar mit gleicher Phasenlage wie die der vorhergehenden Halbwelle N. Die Einzelmeßwerte gleicher Phasenlage aufeinanderfolgender Halbwellen werden miteinander verglichen und die Spannungsdifferenzen
    Figure imgb0001
    gebildet. Jede der so im Vergleicher 76 gebildeten Einzelspannungsdifferenzen wird mit einem Grenzwert ΔUGr verglichen, der wie folgt aus der Filterspannung berechnet wird:
    Figure imgb0002
     wobei X zwischen 0,05 und 0,2 liegen kann.
  • Die Durchbruchsverarbeitung im Regler 6 wird über das Gatter 79 angestoßen, wenn
  • Figure imgb0003
    Für die Dauer der restlichen Halbwelle wird die Durchbruchserfassung ausgesetzt.
  • Im schematisch dargestellten Schaltbild ist die Abspeicherung und der Vergleich zueinandergehöriger Meßwerte durch Schalter 77 angedeutet, die von einer nichtgezeigten Synchronisiersteuerung betätigt werden..
  • Zur Überwachung des Stromkriteriums (vgl. Figur 3) wird der Primärstrom Ip mit einem Gleichrichter 8 gleichgerichtet und jeweils die Scheitelwerte Ip(N) und Ip(N+1) einer Halbwelle und der folgenden Halbwelle gespeichert und mit den entsprechenden Werten Ip(N+2), Ip(N+3) der folgenden Netzperiode verglichen. Damit ergibt sich an der an den Speichern 71 und 72 angeschlossenen Vergleichsstufe 73 die Feststellung folgender Stromdifferenzen.
  • Figure imgb0004
    Figure imgb0005
    Jeder der beiden Scheitelwertdifferenzen wird mit einem Grenzwert verglichen, der sich nach folgender Beziehung berechnet:
    Figure imgb0006
    Figure imgb0007
    wobei Xi die zulässige Abweichung des Primärstromscheitelwertes ist. Die Durchbruchsverarbeitung wird angestoßen wenn
    Figure imgb0008
    Figure imgb0009
    oder
  • Während der ersten Halbwelle nach einem Durchschlag und während einer Hochlaufphase nach einem Durchschlag mit mehreren Folgedurchschlägen wird diese Art der Durchbruchserfassung ausgesetzt. Das Signal des Vergleichers 73 geht ebenfalls über das Gatter 79 an den digitalen Regler 6. Die Speicherung und Abtastung und der Vergleich der einzelnen Strommeßwerte ist ebenfalls durch den vom nichtgezeigten Steuerwerk betätigten Schalter 77 angedeutet.
  • Unterschreitet die Filterspannung UF einen Schwellwert, der z.B. vom Schwellwertglied 78 erfaßt wird, wird ebenfalls die Durchbruchsverarbeitung angestoßen, falls die Erfassung gemäß den vorstehend genannten beiden Kriterien nicht zustande gekommen ist, z.B: wegen eines Fehlers in einem Wandlerbaustein.
  • Die alleinige Auslösung nach Kriterium 3, Unterschreiten der Mindestspannung, stellt genauso wie das alleinige Auftreten des Kriteriums 2 - überhöhter Primärstrom - ein annormales Betriebsergebnis dar und wird zusätzlich über Gatter 10 als Störungssignal St ausgegeben.
  • Der vorstehend beschriebene Aufbau mit Funktionsbausteinen wurde lediglich der einfacheren Darstellung halber gewählt. In der technischen Realisierung wird man die Speicher und Rechenfunktionen heute anem Mikrocomputersystem übertragen, wie durch das Gleichheitszeichen 9 zwischen den gestrichelt umrandeten Bereichen dargestellt ist.
  • Dieses Mikrocomputersystem besteht im wesentlichen aus einer Zentraleinheit 91, dem eigentlichen Rechen- und Steuerwerk, dem Speicher 92 und den Ein- und Ausgabegeräten 93, die alle an einen gemeinsamen Bus 94 angeschlossen sind.

Claims (4)

1. Verfahren zum Erfassen von Durchschlägen bei einem Elektrofilter, das über einen Gleichrichter, einen Hochspannungstransformator und ein Stellglied aus einem Wechselspannungsnetz gespeist wird und bei dem als Durchschlagskriterium das Überschreiten eines vorgegebenen Differenzspannungswertes von Einzelmeßwerten gleicher Phasenlage aufeinanderfolgender Halbwellen der Filtergleichspannung dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzspannungswert (ΔUFi) als prozentualer Wert der jeweils gemessenen Filterspannung (UF) vorgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Scheitelwerte (Ip(N+1), 1 (N+2) der Halbwellen in jeder Periode (T) des Primärstromes (Ip) gespeichert und mit den zugeordneten Scheitelwerten der folgenden Netzperiode verglichen werden und daß das Überschreiten einer dem Scheitelstromwert proportionalen Scheitelstromdifferenz (Δ3) ebenfalls als Durchschlagskriterium dient.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das alleinige Auftreten des Stromkriteriums als Fehlersignal gewertet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterschreiten einer Mindestspannung (UF) am Filter (1) ebenfalls als Durchschlagskriterium gewertet wird und das alleinige Auftreten dieses Mindestspannungskriteriums als Störungssignal (St) benutzt wird.
EP80107358A 1979-12-11 1980-11-25 Verfahren zum Erfassen von Durchschlägen bei einem Elektrofilter Expired EP0030320B1 (de)

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