三阳极等离子炬引弧电源及引弧方法与流程

本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种三阳极等离子炬引弧电源及引弧方法。

背景技术：

目前，国内外垃圾废物处理最先进的设备是等离子气化炉，等离子炬引弧电源是等离子气化炉能否正常运行的关键。危废处理处置主流技术为焚烧(回转窑、废液焚烧炉、热解炉)、物化(过滤、中和、氧化还原、气浮、混凝、沉淀、破乳、超滤、多效蒸发、MVR蒸发、高级氧化、固液分离等)、固化(稳定化固化、水泥固化、石灰、粉煤灰固化)、综合利用(废油再生、废有机溶剂蒸精馏)等主要工艺技术，除固化外，危废处理利用过程中均会产生“二次危废”，特别是焚烧残渣和飞灰需要填埋处置，安全填埋场作为终端处置设施，其兜底角色在目前十分重要和关键。

建设危废安全填埋场存在着选址难的困境，由于土地资源宝贵、选址要求高、硬性条件多、邻避效应、建设成本高、后期封场维护、潜在风险隐患等，因此安全填埋场项目实际落地数量少。

等离子气化处理工艺中残渣和飞灰在高温下熔融形成玻璃体物质，其浸出毒性远低于国家标准，可以作为一般建材进行综合利用，因此等离子气化技术的先进性注定其应用前景十分广阔，我国危废市场潜力大、实际处置缺口大，等离子工艺技术从试验到工业化、自动化、大型化、现代化的革新进程步入高速期，工艺完善会突飞猛进。

等离子气化技术国内刚刚起步，目前主要是200KW以下小功率等离子炬引弧电源，300KW以上等离子炬高频高压引弧电源目前国内处于试运行阶段，大部分高频高压引弧电源引弧不稳定经常引弧失败，近距离有时能引弧，超过20米引弧非常困难。一般情况下，等离子电源安装在配电室，等离子炬和引弧柜安装在现场两设备相距较远，从现场断开直流电源线引弧柜能引弧，从配电室断开直流电源输出线引弧柜不能引弧主要原因是线路衰减大。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种三阳极等离子炬引弧电源及引弧方法，运行稳定、可靠，自动化程度高，引弧成功率100％。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述三阳极等离子炬引弧电源，包括隔离变压器TB1、一级滤波器、二级滤波器、升压变压器TB2和高频谐振电路，隔离变压器TB1一次侧通过交流接触器KM01连接380V交流电，隔离变压器TB2二次侧依次通过一级滤波器和二级滤波器连接至升压变压器TB2的一次侧，所述升压变压器TB2的二次侧连接高频谐振电路，高频谐振电路的一个输出端子通过电容C7连接至等离子炬阴极，该输出端子同时通过交流接触器KM03连接至等离子炬第三阳极，高频谐振电路的另一个输出端子中连接等离子炬第一阳极，直流电源正极接等离子炬第三阳极，直流电源负极接等离子炬阴极，直流电源和等离子炬第三阳极之间的线路通过交流接触器KM02连接等离子炬第二阳极，交流接触器KM01、KM02、KM03均通过PLC控制，PLC输入端还连接引弧启动按钮QD、引弧停止按钮TZ、等离子电源电流检测件和等离子电源电压检测件，高频谐振电路和电容C7相对于等离子炬就近设置。

本发明将380V/50Hz交流电源进线通过隔离变压器TB1隔离降压到220V/50Hz，然后依次通过一级滤波器和二级滤波器把不需要的高频和低频全部滤掉，只保留了引弧需要的不含谐波的标准频率，保证了引弧电路频率的稳定，设计两级滤波器保证频率的纯净程度是引弧成败的关键之一。另外，为防止高频高压引弧电源因线路长出现大幅衰减的情况，设置了升压变压器TB2、高频谐振电路和电容C7，高频谐振电路和电容C7相对于等离子炬就近设置，在满足线路长度的同时可有效防止线路衰减。

按下引弧启动按钮QD后，交流接触器KM01将380V/50Hz交流电源接至隔离变压器TB1一次侧，引弧电源开始工作，输出高压电源至等离子炬第一阳极，延时1-5秒后，闭合交流接触器KM02、KM03，输出高压电源至等离子炬第二、三阳极，交流接触器KM01、KM02、KM03的闭合信号发送至PLC，PLC接收到该信号后启动等离子直流电源，并控制其输出设定的电流电压值；通过等离子电源电流检测件和等离子电源电压检测件分别检测电流及电压，并将该电流及电压值发送至PLC，PLC判断其是否达到预设值，如果是，直至该输出电流电压值保持稳定，延时1-5秒，切断交流接触器KM01、KM03，断开等离子炬第一、三阳极，再次延时1-5秒，切断交流接触器KM02，断开等离子炬第二阳极，引弧完成。

其中，优选方案为：

所述一级滤波器采用EMI滤波器，二级滤波器采用共模滤波器。

所述高频谐振电路包括串联的电容C6和升压空心电感L2，升压空心电感L2一个输出接头通过电容C7连接至等离子炬阴极，该输出端子同时通过交流接触器KM03连接至等离子炬第三阳极，升压空心电感L2另一个输出端连接等离子炬第一阳极，升压变压器TB2升压后的电源经升压空心电感L2进行二次升压，以进一步避免线路衰减问题。

所述380V交流电两端均通过交流接触器KM01常开节点连接至隔离变压器TB1一次侧，交流接触器KM01线圈通过中间继电器ZJ1常开触点连接至交流电源，交流接触器KM02线圈通过中间继电器ZJ2常开触点连接至交流电源，交流接触器KM03线圈通过中间继电器ZJ3常开触点连接至交流电源，中间继电器ZJ1、ZJ2、ZJ3的线圈连接至PLC输出端，按下引弧启动按钮QD后，PLC通过中间继电器ZJ1线圈上电，中间继电器ZJ1常开触点吸合，接触器KM1线圈上电，接触器KM1常开触头吸合，380V/50Hz交流电源接至隔离变压器TB1一次侧，输出高压电源至等离子炬第一阳极，延时1-5秒后，PLC通过中间继电器ZJ2、ZJ3分别吸合交流接触器KM02、KM03的常开触头，将等离子炬直流电源接入等离子炬第二、三阳极，需要断开引弧电源时，首先通过中间继电器ZJ1、ZJ3切断交流接触器KM01、KM03，断开等离子炬第一、三阳极，延时1-3秒后，通过中间继电器ZJ2切断交流接触器KM012断开等离子炬第二阳极。

所述PLC还连接通信模块和显示屏，显示屏优先采用触摸显示屏，可通过显示屏设置和查询设备运行情况，通信模块采用RS485接口，可上传数据，实现远距离监控。

所述隔离变压器TB1一次侧两端连接滤波电容C1-2。

所述升压变压器TB2二次侧并联高压放电管WZ，用于检测升压变压器TB2二次侧是否存在高压电。

所述PLC输出端连接送电指示灯XD1和停电指示灯XD2。

本发明还提供一种利用三阳极等离子炬引弧电源进行引弧的方法，包括以下步骤：

第一步，按下引弧启动按钮QD，交流接触器KM01常开节点闭合，引弧电源输出高频高压电源至等离子炬第一阳极，通过电容C7至等离子炬阴极，延时1-5秒后，闭合交流接触器KM02、KM03的常开节点，输出高压电源至等离子炬第二、三阳极，交流接触器KM01、KM02、KM03常开节点反馈到PLC输入端，PLC接收到信号后启动等离子直流电源并自动输出设定的电流、电压值；

第二步，通过电流传感器和电压传感器分别检测等离子直流电源电流及电压，并将该电流及电压值发送至PLC，PLC判断其是否达到预设值，如果是，执行第三步；

第三步，延时1-5秒，切断交流接触器KM01、KM03的常开节点，断开等离子炬第一、三阳极，再次延时1-5秒，切断交流接触器KM02的常开节点断开等离子炬第二阳极，引弧完成。

经多次试验证明，加在等离子炬上的高频高压电源必须和加在等离子炬上的等离子直流电源重合一段时间，当等离子直流电源输出电流电压稳定后才能切断高频高压引弧电源，因此，为了引弧的稳定和高成功率，采用以上操作方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明运行稳定、可靠，自动化程度高，引弧成功率100％，标志着高频高压引弧电源技术在等离子汽化炉上开始应用，高频高压引弧技术是目前国际国内引弧电源最先进一种控制方式，引弧效果最为突出的一种电源。设备将380V/50Hz交流电源进线通过隔离变压器TB1隔离降压到220V/50Hz，然后依次通过一级滤波器和二级滤波器把不需要的高频和低频全部滤掉，只保留了引弧需要的不含谐波的标准频率，保证了引弧电路频率的稳定，设计两级滤波器保证频率的纯净程度是引弧成败的关键之一。另外，为防止高频高压引弧电源因线路长出现大幅衰减的情况，设置了升压变压器TB2对电源进行升压，高频谐振电路C6，L2和电容C7，在满足线路长度的同时可有效防止线路衰减。

附图说明

图1是实施例1电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例做进一步描述：

实施例1：

如图1所示，本发明所述三阳极等离子炬引弧电源包括隔离变压器TB1、一级滤波器、二级滤波器、升压变压器TB2和高频谐振电路，隔离变压器TB1一次侧通过接触器KM1连接380V交流电，隔离变压器TB2二次侧依次通过一级滤波器和二级滤波器连接至升压变压器TB2的一次侧，所述升压变压器TB2的二次侧连接高频谐振电路，高频谐振电路的一个输出端子通过电容C7连接至等离子炬阴极，该输出端子同时通过交流接触器KM03连接至等离子炬第三阳极，高频谐振电路的另一个输出端子中连接等离子炬第一阳极，直流电源正极接等离子炬第三阳极，直流电源负极接等离子炬阴极，直流电源和等离子炬第三阳极之间的线路通过交流接触器KM02连接等离子炬第二阳极，交流接触器KM01、KM02、KM03均通过PLC控制，PLC输入端还连接引弧启动按钮QD和引弧停止按钮TZ、引弧电流检测件、引弧电压检测件和直流电源输出电流检测件。

其中，一级滤波器采用EMI滤波器，二级滤波器采用共模滤波器；高频谐振电路包括串联的电容C6和升压空心电感L2，升压空心电感L2一个输出接头通过电容C7连接至等离子炬阴极，该输出端子同时通过交流接触器KM03连接至等离子炬第三阳极，升压空心电感L2另一个输出端连接等离子炬第一阳极，升压变压器TB2升压后的电源经升压空心电感L2进行二次升压，以进一步避免线路衰减问题；380V交流电两端均通过交流接触器KM01常开节点连接至隔离变压器TB1一次侧，交流接触器KM01线圈通过中间继电器ZJ1常开触点连接至交流电源，交流接触器KM02线圈通过中间继电器ZJ2常开触点连接至交流电源，交流接触器KM03线圈通过中间继电器ZJ3常开触点连接至交流电源，中间继电器ZJ1、ZJ2、ZJ3的线圈连接至PLC输出端，按下引弧启动按钮QD后，PLC通过中间继电器ZJ1线圈上电，中间继电器ZJ1常开触点吸合，接触器KM1线圈上电，接触器KM1常开触头吸合，380V/50Hz交流电源接至隔离变压器TB1一次侧，输出高压电源至等离子炬第一阳极，延时1-5秒后，PLC通过中间继电器ZJ2、ZJ3分别吸合交流接触器KM02、KM03的常开触头，将等离子炬直流电源接入等离子炬第二、三阳极，需要断开引弧电源时，首先通过中间继电器ZJ1、ZJ3切断交流接触器KM01、KM03，断开等离子炬第一、三阳极，延时1-3秒后，通过中间继电器ZJ2切断交流接触器KM012断开等离子炬第二阳极。

PLC还连接通信模块和显示屏，显示屏优先采用触摸显示屏，可通过显示屏设置和查询设备运行情况，通信模块采用RS485接口，可上传数据，实现远距离监控；隔离变压器TB1一次侧两端连接滤波电容C1-2；升压变压器TB2二次侧并联高压放电管WZ，用于检测升压变压器TB2二次侧是否存在高压电；PLC输出端连接送电指示灯XD1和停电指示灯XD2。

本发明将380V/50Hz交流电源进线通过隔离变压器TB1隔离降压到220V/50Hz，然后依次通过一级滤波器和二级滤波器把不需要的高频和低频全部滤掉，只保留了引弧需要的不含谐波的标准频率，保证了引弧电路频率的稳定，设计两级滤波器保证频率的纯净程度是引弧成败的关键之一。另外，为防止高频高压引弧电源因线路长出现大幅衰减的情况，设置了升压变压器TB2、高频谐振电路和电容C7，高频谐振电路和电容C7相对于等离子炬就近设置，升压变压TB2将220V/50Hz升压至10KV高压电源，然后再通过升压空心电感L2进行20％左右的升压，在满足线路长度的同时可有效防止线路衰减。

按下引弧启动按钮QD后，交流接触器KM01将380V/50Hz交流电源接至隔离变压器TB1一次侧，引弧电源开始工作，输出高压电源至等离子炬第一阳极，延时1-5秒后，闭合交流接触器KM02、KM03，输出高压电源至等离子炬第二、三阳极，交流接触器KM01、KM02、KM03的闭合信号发送至PLC，PLC接收到该信号后启动等离子直流电源，并控制其输出设定的电流电压值；通过等离子电源电流检测件和等离子电源电压检测件分别检测电流及电压，并将该电流及电压值发送至PLC，PLC判断其是否达到预设值，如果是，直至该输出电流电压值保持稳定，延时1-5秒，切断交流接触器KM01、KM03，断开等离子炬第一、三阳极，再次延时1-5秒，切断交流接触器KM02，断开等离子炬第二阳极，引弧完成。延时时间以及等离子直流电源的预设电流电压值可通过触摸屏进行调整。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上提供一种利用三阳极等离子炬引弧电源进行引弧的方法，包括以下步骤：

第一步，按下引弧启动按钮QD，交流接触器KM01常开节点闭合，引弧电源输出高频高压电源至等离子炬第一阳极，通过电容C7至等离子炬阴极，延时1-5秒后，闭合交流接触器KM02、KM03的常开节点，输出高压电源至等离子炬第二、三阳极，交流接触器KM01、KM02、KM03常开节点反馈到PLC输入端，PLC接收到信号后启动等离子直流电源并自动输出设定的电流、电压值；

第二步，通过电流传感器和电压传感器分别检测等离子直流电源电流及电压，并将该电流及电压值发送至PLC，PLC判断其是否达到预设值，如果是，执行第三步；

第三步，延时1-5秒，切断交流接触器KM01、KM03的常开节点，断开等离子炬第一、三阳极，再次延时1-5秒，切断交流接触器KM02的常开节点断开等离子炬第二阳极，引弧完成。