Verfahren zum Erfassen von Durchschlägen bei einem Elektrofilter

Abstract

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

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] Mit diesem Oberbegriff wird auf ein Verfahren Bezug genommen, wie es beispielsweise aus der DE-OS 25 40 084 bekannt ist.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] 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.

[0008] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für ein sofortiges Erkennen eines Durchschlages im gesamten möglichen Filterspannungsbereich zu sorgen.

[0009] 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.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] 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.

[0013] Die zur Berechnung der Durchschlagserfassung erforderlichen Rechnungen und Speicherungen der Meßwerte werden vorteilhafterweise digital vorgenommen, und zwar mit Hilfe eines Mikrocomputersystems.

[0014] 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.

[0015] 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.

[0016] 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.

[0017] Die Halbwellen der Filterspannung U_F (vgl. Figur 2) werden z.B. zwanzigmal - Abtastung i= 0,1,2... - pro Halbwelle abgetastet, wobei der Halbwellenbeginn mit z.B. der Spannung U_FO(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 U_Fi(N) der Halbwelle N gespeichert. Anschließend werden im Speicher 75 zwanzig Einzelmeßwerte U_Fi(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

gebildet. Jede der so im Vergleicher 76 gebildeten Einzelspannungsdifferenzen wird mit einem Grenzwert ΔU_Gr verglichen, der wie folgt aus der Filterspannung berechnet wird:

wobei X zwischen 0,05 und 0,2 liegen kann.

[0018] Die Durchbruchsverarbeitung im Regler 6 wird über das Gatter 79 angestoßen, wenn

[0019] 

Für die Dauer der restlichen Halbwelle wird die Durchbruchserfassung ausgesetzt.

[0020] Im schematisch dargestellten Schaltbild ist die Abspeicherung und der Vergleich zueinandergehöriger Meßwerte durch Schalter 77 angedeutet, die von einer nichtgezeigten Synchronisiersteuerung betätigt werden..

[0021] Zur Überwachung des Stromkriteriums (vgl. Figur 3) wird der Primärstrom I_p mit einem Gleichrichter 8 gleichgerichtet und jeweils die Scheitelwerte I_p(N) und I_p(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.

[0022] 



Jeder der beiden Scheitelwertdifferenzen wird mit einem Grenzwert verglichen, der sich nach folgender Beziehung berechnet:



wobei X_i die zulässige Abweichung des Primärstromscheitelwertes ist. Die Durchbruchsverarbeitung wird angestoßen wenn



oder

[0023] 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.

[0024] Unterschreitet die Filterspannung U_F 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.

[0025] 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.

[0026] 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.

[0027] 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.

Ansprüche

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 (ΔU_Fi) als prozentualer Wert der jeweils gemessenen Filterspannung (U_F) 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 (U_F) am Filter (1) ebenfalls als Durchschlagskriterium gewertet wird und das alleinige Auftreten dieses Mindestspannungskriteriums als Störungssignal (St) benutzt wird.

Zeichnung