中国电力

2021, 54(1): 0-0.

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基于强迫过零技术的自换向高压直流断路器

李国庆, 尉鹏程, 刘禹彤, 边竞

2021, 54(1): 2-9,77. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202003090

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为了提高混合式直流断路器开断能力、降低直流短路故障对系统的危害，提出了一种基于强迫过零技术的自换向高压直流断路器。该断路器利用晶闸管与二极管代替了关断支路的IGBT元件，并通过单个预充电电容和强制过零技术实现了切除断路器两侧故障，减少系统的安装成本。详细描述所提直流断路器的拓扑结构、工作原理，并通过动作时序和等效电路分析元件的参数取值方法，最后应用PSCAD仿真软件搭建三端环网模型对其进行仿真验证。结果表明，该方案可以实现故障线路的可靠切除，断路器经过一次预充电后无须再次充电即可恢复切除能力，具有较好的经济性。

高压大容量柔性直流电网换流站阀厅空气净距计算及紧凑化布局设计

傅守强, 张立斌, 李红建, 陈翔宇, 高杨, 陈蕾

2021, 54(1): 10-18. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202004220

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高压大容量柔性直流电网工程因设有直流断路器，导致其阀厅空气间隙与空间布局和以往柔性直流工程有显著不同。针对高压大容量柔性直流电网特点，对阀厅空气净距计算及紧凑化布局设计开展研究。采用g参数法对非标准气象条件下空气间隙的放电特性进行修正，提出了求取最大空气净距时的阀厅温、湿度取值方法，提出了含直流断路器的高压大容量阀厅紧凑化布局设计方法。以张北±500 kV柔性直流电网试验示范工程张北换流站为例，修正了柔性直流工程阀厅空气净距计算的温、湿度取值条件，求得空气净距值。阀厅布局方案对比分析表明，在满足空气净距和检修空间的要求下，该紧凑化设计显著压缩了阀厅尺寸。

IGCT-MMC中二极管反向恢复特性分析与测试

娄彦涛, 孙小平, 刘琦, 周文鹏, 赵彪, 余占清, 曾嵘

2021, 54(1): 19-24. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202005037

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二极管的反向恢复特性在IGCT-MMC中起着重要的作用。首先介绍快恢复二极管的反向恢复特性，然后在IGCT-MMC拓扑中介绍快恢复二极管的开关行为，最后搭建适用于IGCT-MMC测试的双脉冲实验平台，并对比了3种商业化快恢复二极管产品的反向恢复特性。最终的测试结果表明，快恢复二极管的反向恢复峰值电流和功率与di/dt呈现线性关系，并且在高温下的测试结果要高于常温。而在相同的di/dt和温度条件下，不同的快恢复二极管在IGCT-MMC中反向恢复峰值电流和功率存在差异，在实际应用中需要根据二极管的安全工作区对di/dt进行合理设计。

大容量可控关断的直流输电用电流源型换流器研究综述

陈龙龙, 徐飞, 魏晓光, 汤广福, 崔翔, 高冲, 陈骞

2021, 54(1): 25-36. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202004222

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可控关断的电流源型换流器（current source converter，CSC）相较于LCC和VSC具有较好的技术优势，逆阻型大功率可关断半导体器件的快速发展为CSC在高压直流输电领域的应用提供了发展契机。针对现有CSC的拓扑、调制方法的优缺点进行调研和对比，分析总结出适用于高压直流输电的LCC-CSC拓扑和特定谐波消除调制方法。将基于LCC-CSC的混合直流输电系统与LCC和VSC进行多方位的对比分析，对LCC-CSC的技术优点、存在的问题及未来研究的方向进行了总结，为CSC在高压直流输电的工程应用提供前期研究基础。

一种基于三端直流输电系统的架空线路谐波电流计算方法

崔嘉滢, 刘天琪, 王顺亮, 马俊鹏, 常鹏飞

2021, 54(1): 37-46. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202003179

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针对三端直流输电系统可能出现的架空输电线路谐波电流放大问题，对不同运行方式下的双极线路谐波电流开展研究。基于波阻抗理论，将对称运行的直流线路简化为对称分量回路，并求取单位长度参数；分析了均一线路谐波电流的计算方法；在此基础上结合波的折反射原理，提出了一种计算混合线路谐波电流的方法。通过在PSCAD/EMTDC平台上搭建相应的直流线路模型进行仿真，并与理论计算结果对比，表明该计算方法在求取三端直流输电系统不同运行方式下的线路谐波电流方面具有较高的准确性。

计及潮流转移特性的直流潮流控制器优化配置

陈若尘, 张英敏, 刘麒麟, 刘天琪

2021, 54(1): 47-53,149. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202003110

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直流电网的潮流可控支路数遵循N−1原则，在线路上安装直流潮流控制器可提升直流电网的潮流控制自由度。现有关于直流潮流控制器配置的研究都只关注其稳态特性，考虑到直流系统发生断线故障可能导致线路过载，从潮流转移的角度提出一种新的直流潮流控制器配置方法。建立安装直流潮流控制器后的直流电网数学模型，应用灵敏度分析结合潮流分布情况确定直流潮流控制器安装位置，提出直流系统潮流转移熵，结合直流系统加权潮流熵对直流潮流控制器进行优化。仿真结果显示，在不同运行方式下，采用所提方法进行优化不仅能改善潮流分布，还能优化直流线路的潮流转移特性，且N−1故障后重载线路的平均负载率明显降低，验证了所提方法的有效性。

直流断路器用IGBT正向恢复特性实验建模

沈弘, 仝翠芝, 东野忠昊, 齐磊, 王谦

2021, 54(1): 54-61. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202006108

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直流断路器是柔性直流电网故障清除的主流手段。混合式直流断路器动作前，转移支路IGBT处在正栅极电压的零电压零电流状态，当转移支路电流开始上升时，由IGBT正向恢复过程产生的集-射极电压过冲一旦满足IGBT过流监测判据，将会引起保护误动进而降低装备运行可靠性。针对直流断路器工况下IGBT出现的正向恢复现象，通过建立的IGBT大电流开通实验平台获取了不同电流上升过程中IGBT集-射极电压波形，基于分阶段数学表征建立了能够反映IGBT正向恢复特性的I-U映射关系。与实测结果相比，该模型计算所得的集-射极电压峰值相对误差小于10%，高于过流监测阈值电压的持续时间相对误差小于15%，可支撑直流断路器所用IGBT的过流监测判据的合理制定。

柔性直流输电阀基控制设备硬件在环测试方法

路建良, 贺之渊, 唐茹彬, 党青, 谢敏华, 季柯, 寇龙泽

2021, 54(1): 62-69. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202004246

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张北柔性直流电网工程是世界首个柔性直流电网工程，对阀基控制设备的可靠性提出了更高的要求。为了更全面测试柔性直流输电阀基控制设备，提出了高压大容量柔性直流输电阀基控制设备全规模接入实时仿真系统实现硬件在环测试的方法。通过研制接口机箱，搭建了基于RT-LAB的北京站阀基控制设备全规模接入测试平台，提出了全面的阀基控制设备测试项目及测试方法。对该平台的几个典型工况试验波形的研究表明，所搭建测试平台在阀基控制设备测试方面的全面性和准确性；该测试平台已在张北柔性直流电网工程阀基控制设备的出厂测试中得到应用，可为其他柔性直流输电工程阀基控制设备的测试提供借鉴。

柔性直流换流阀IGBT过流失效研究

冯静波, 吕铮, 邓卫华, 胡榕, 王新颖

2021, 54(1): 70-77. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202006217

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IGBT过流失效极易导致模块爆炸、水冷系统漏水甚至换流阀停运，是危害柔性直流输电系统安全运行的重要因素之一。基于模块多电平柔性直流换流阀结构特点和运行工况，总结分析了柔性直流换流阀IGBT的短路过电流、脉冲式过电流和续流二极管过电流这3种过流失效类型及其特征；结合MMC换流阀的工作原理及特点，提出了IGBT 3种过流方式的保护方案及参数配置方法；通过±420 kV/1250 MW换流阀采用的3300 V/1500 A焊接型IGBT器件进行了失效分析与保护方案的试验验证，试验结果证明了过流失效分析的正确性和过电流保护方案的有效性。

苏州中压直流配电工程设计方案及仿真验证

苏麟, 朱鹏飞, 闫安心, 马亚林, 何梦雪, 梅军, 王冰冰, 范光耀

2021, 54(1): 78-88. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202006080

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随着中压柔性配电技术的发展，基于电力电子技术的柔性直流配电网在相位和频率同步、灵活控制、线损等方面较交流配电网有着一定的优势，但在技术的成熟性、稳定性以及成本等方面还存在不足。针对苏州中低压直流配用电系统示范工程的中压直流配电网网架，在传统环型与辐射型结构的基础上，通过技术经济比较采用基于单母线分段“双端环型”网架结构设计方案；为适应故障穿越的主动控制需求，发挥改进型网架结构供电方式灵活的特点，提出采用半桥换流站+混合桥换流站的非对称主站设计方案；结合换流阀参数设计与系统接地方式，在PSCAD/EMTDC平台上搭建了系统仿真模型，对工程设计方案的可行性及故障处理能力进行了仿真验证，为示范工程方案设计与设备选型提供分析依据。

快充电站多类型应用方式的并网影响及控制技术综述

全慧, 李相俊, 张杨, 贾学翠, 惠东, 管敏渊

2021, 54(1): 89-95,103. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202001105

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随着能源互联网建设的加快推进，电动汽车等移动式负荷的渗透率将逐渐上升，同时快充电站也将趋于规模化运营。复杂的网络结构和多主体调控方式大幅增加了电网的控制难度和失稳风险。通过调研国内外对快充电站并网影响因素及涉网性能的研究现状，重点分析规模化快充电站运行对电网3个主要方面的挑战；针对能源互联网中“快充电站+储能+其他元素”的新型快充电站应用方式，以充储/光储充一体化电站为范例，分析该领域现有的研究进展和工程经验，并对比分析充储/光储充一体化电站与规模化含储能快充电站的异同；最后，从应用前景和关键技术两个层面出发，探讨含储能快充电站未来的发展路径。

基于模糊层次分析法的电动汽车充电桩信息安全风险评估方法

王伟贤, 孙舟, 潘鸣宇, 张宝群, 李中伟, 叶麟

2021, 54(1): 96-103. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202002053

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为定量评估电动汽车充电桩系统信息安全水平，发现其脆弱之处和安全隐患，基于模糊层次分析法设计电动汽车充电桩系统信息安全风险评估方案与流程；建立电动汽车充电桩系统资产安全价值层次分析模型、安全威胁层次分析模型及其评价指标体系；将电动汽车充电桩系统分为电动汽车充电桩、运营管理平台、用户资产及其之间的通信链路与通信数据，通过调研以及问卷调查的方式获得专家意见并进行量化。基于模糊层次分析法计算资产价值权重与安全威胁权重，在此基础上，计算得到各资产的风险值大小，有效识别出充电桩系统的脆弱点与安全风险，并给出安全防护措施及建议。

高渗透率下风电的调频技术研究综述

付红军, 陈惠粉, 赵华, 王凯丰, 鲁宗相, 乔颖

2021, 54(1): 104-115. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202003132

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近年来全球风电渗透率不断提高，风电机组逐步替代传统同步机组，是引起电力系统频率调整困难、影响电网安全的主因之一。通过升级控制设计，风电可以提供旋转惯性和频率调节能力，变害为益，改善系统频率安全。结合调频时间尺度，详述风电参与调频的各控制方法原理和特性，并分析不同方法的利弊和适应环节。分析高渗透率风电并网对电力系统频率稳定的影响，结合近年来多起风电参与的电力系统频率安全事故，指出不少国家和地区都调高了风电调频技术标准。最后，提出应该在技术经济评价、市场与准入等问题开展深入研究，以促进风电成为未来电力系统调频的重要组成部分。

光储系统参与电网调频及调峰的综合控制策略

丁明, 施建雄, 韩平平, 林子豪, 张宇

2021, 54(1): 116-123,174. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.201907198

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针对新能源发电逐步取代火电导致电网调频能力下降的问题，搭建了一种光储（photovoltaic-energy storage, PV-ES）系统模型，提出利用逆变器空闲容量参与系统调频/调峰的控制策略；设置储能电池禁用区、调频区、调峰充电区、调峰放电区4类荷电状态分区，保证储能电池的调峰和调频2种模式能够协调运行；构造了基于荷电状态（state of charge, SOC）反馈的储能电池的最大出力约束系数来优化其出力，延长储能电池的使用寿命；最后，在MATLAB/Simulink软件中搭建光储系统仿真模型。典型算例仿真和经济性分析表明：在所提控制策略下光储系统能够利用逆变器空余容量参与电网的调频/调峰，该控制策略有实际推广意义。

视频图像智能识别技术在输变电系统中的应用研究综述

周俊煌, 黄廷城, 谢小瑜, 范纹郡, 易婷婷, 张勇军

2021, 54(1): 124-134,166. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.201912202

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电网的数字化建设催生海量的数据，视频图像智能识别技术在输变电系统中的设备环境视频监控、无人化巡检等应用场景中，以强大的图像数据价值萃取能力引起广泛的关注。因此，首先介绍视频图像智能识别技术的基本概念和基本研究框架，总结在电力输变电系统中常用的图像识别技术；然后从面向电网设备和环境安全监测的智能巡检以及面向人身安全监控的智能巡查2个角度出发，对视频图像智能识别技术在输变电系统中的四大应用研究场景分别进行综述；在此基础上，探讨视频图像智能识别在电力输变电系统应用中所面临的三大挑战，并针对挑战提出可能的解决方案与研究思路，给出若干点建议。

基于Mask R-CNN的复合绝缘子过热缺陷检测

高熠, 田联房, 杜启亮

2021, 54(1): 135-141. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202003145

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针对当前基于复合绝缘子红外图的过热缺陷检测技术中存在的工作量大、智能化程度低，以及传统的图像分割方法在复杂背景下分割不精确且泛化性能差的问题，提出了一种基于实例分割网络Mask R-CNN的复合绝缘子过热缺陷检测方法。首先，该方法为提高分割精度，借鉴Cascade R-CNN的思路对Mask R-CNN网络进行改进，并在模型训练中使用数据增强、迁移学习等方法提升网络表现。接着，该方法对深度分割网络得到的结果使用传统图像处理的骨架化等方法做进一步优化，使得最终的分割结果只覆盖复合绝缘子芯棒部分。最后，该方法直接读取红外图中自带的温度数据并转换成实际的温度值，根据DL/T664-2016《带电设备红外诊断应用规范》中的相关方法与标准实现对过热缺陷的等级判断。研究结果表明，该文提出的算法对出现严重缺陷及紧急缺陷的复合绝缘子红外图检测准确率较高，都是100%，而无过热缺陷或者一般缺陷的红外图会出现误检现象，总体上在测试集的缺陷检测中取得了93%的准确率。

耐张串对UHV导线弧垂影响的现场实测和理论分析

宋刚, 沈国辉, 包玉南, 滕飞

2021, 54(1): 142-149. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.201907159

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为了分析耐张串重力对特高压导线弧垂和张力的影响，采用现场实测和理论分析方法进行研究。采用GPS和全站仪对某3档线路弧垂进行了现场测试，获得了耐张串和导线弧垂的分布特征，提出了考虑耐张串重力与导线弧垂关系的理论分析方法，基于实测数据拟合了各档的水平张力。研究结果表明：各档导线和耐张串弧垂均呈现明显的悬链线形状，若不考虑耐张串重力影响，拟合结果与实测结果差异较大，耐张段和直线段拟合张力差异最大可达27%；若考虑耐张串重力影响，拟合结果与实测结果差异较小，耐张段和直线段拟合张力差异最大仅为1.7%。说明对于特高压耐张段的弧垂，必须考虑耐张串重力的影响。

变电站接地网上两点间电位差的特性

王永红, 焦重庆, 肖冰, 郭安琪, 邱桂中, 秘立鹏, 徐克强

2021, 54(1): 150-158. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.201907046

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随着变电站的智能化发展，大量二次设备分布式布置于高压一次设备附近。这些二次设备的外壳就地与接地网连接。当故障电流注入接地网导致地电位升时，在接地网上两点之间存在电位差。对于2个由二次电缆连接的二次设备，该电位差可以在二次电缆端口感应共模和差模骚扰电压，严重时影响到二次系统的正常稳定运行。针对某220 kV变电站接地网，计算分析了地电位差随地网尺寸和网格大小、土壤电阻率、故障电流注入点位置、观测点位置的变化规律。研究成果对于指导的接地网设计、地电位差对二次设备的影响评估评估有参考价值。

满足大型城市电网供电需求的在线预防控制方法

吴峰, 鲍颜红, 周华, 徐泰山, 楼伯良, 任先成, 王龙飞

2021, 54(1): 159-166. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.201904067

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研究并提出计及城市电网不同类型负荷可靠性要求和事故风险的在线预防控制协调决策方法，适用于负荷特性多样、功能区可靠性要求差异化的大型城市电网。分析城市电网发展对事故预控提出的新需求和现有防御手段的不足，在此基础上，给出计及措施代价和事故风险的预防控制协调决策模型，进一步通过措施枚举组合、集群迭代计算的方式实现分区负荷转移和馈供用户优化减负荷方案搜索，为大型城市电网精细化、差异化和一体化事故防御奠定基础。利用实际电网运行数据进行仿真分析，验证方法的正确性和可行性。

电能计量用通信规约安全改造技术

任辉, 栗会峰, 赵辉, 贺枫, 窦仁晖, 姚志强, 赵国庆

2021, 54(1): 167-174. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202003037

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网络攻击正向工业控制系统渗透。电能量采集关系到各方面经济利益，及时获取精准的电量数据尤为重要。基于IEC 62351标准对采用网络传输的102规约进行了网络安全性改造，在传输层增加传输层安全（transport layer security，TLS）协议，应用层采用哈希运算消息认证码（Hash-based message authentication code，HMAC）对报文应用服务数据单元（application service data unit，ASDU）进行安全性校验，实现电能量采集系统主子站间通信加密、认证和完整性校验功能。测试电能量采集系统102规约改造前后主子站间通信的认证时间、单帧数据增加时间等关键数据指标。测试结果表明：应用层改造环节消耗较多时间，在报文帧数量大的情况下会严重影响通信效率。综合比较，当TLS使用国密SM4加密套件时，整体性能较优。

电力通信网络中的量子保密通信示范应用与测评

肖磊, 李伯中, 张素香, 赖俊森, 刘璐, 田照宇

2021, 54(1): 175-181,202. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.201907143

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基于量子密钥分发的量子保密通信技术是未来提升信息安全防护能力的有效解决方案之一，近年来相关技术研究、设备研制和示范应用发展迅速，但量子保密通信系统测评的标准规范尚未完全建立。在回顾量子保密通信技术及其应用进展的基础上，介绍电力量子保密通信示范网络建设和设备应用情况，从量子密钥分发、管理和应用等不同方面提出综合测评方案，通过实际网络环境验证量子保密通信技术在电力通信网络中应用的可行性和技术效果，并对未来量子保密通信应用发展进行展望。

多种负荷工况下湿式电除尘器的PM_2.5脱除效率及排放特征

刘玺璞, 李东阳, 张超

2021, 54(1): 182-187. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202005046

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在燃煤发电机组带100%、75%、50%负荷，每种负荷下湿式电除尘器（WESP）以高功率和节能优化2种模式运行共6种工况下，使用ELPI+测试湿式电除尘器入口和出口烟尘的质量浓度和排放特征。实验结果表明，在高负荷下，湿式电除尘器采用节能模式会导致总烟尘、PM₁₀、PM_2.5浓度均显著升高，甚至排放质量浓度超过5 mg/m³；而在中低负荷下，湿式电除尘器采用节能模式会导致总烟尘排放浓度显著升高，但PM₁₀、PM_2.5浓度则变化不显著，且粒径越小变化越小；PM₁₀、PM_2.5浓度变化对总排放的影响较小，除尘系统节能优化试验可为机组实现超低排放下的优化运行提供有力支持；湿式电除尘器入口和出口飞灰颗粒质量呈现出典型的双模态分布；湿式电除尘器以高功率运行时，2~10 μm的颗粒仅占PM₁₀质量的30%左右，湿式电除尘器以节能模式运行时，2~10 μm的颗粒可占到PM₁₀质量的50%以上。

脱硫废水旋转喷雾蒸发特性实验研究

李飞, 陈海杰, 刘峰均, 谷小兵, 车广民, 白玉勇, 杨林军

2021, 54(1): 188-195. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202005143

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脱硫废水旋转喷雾干燥技术是一种利用热烟气蒸发脱硫废水的零排放技术。开展了不同悬浮物（SS）含量的脱硫废水原水以及经浓缩的高盐废水的蒸发实验，采用可视化手段观察了脱硫废水在干燥塔内的蒸发特性，考察了脱硫废水喷雾蒸发过程中停留时间、进口烟气温度、气液比对蒸发特性的影响。结果表明，旋转喷雾蒸发工艺对高盐、高SS含量等复杂脱硫废水组分具有较佳的适应性；脱硫废水从旋转雾化器喷出后迅速蒸发，主蒸发区在雾化盘下方0.75~1.00 m区域内；随后是蒸发析出的未干盐分及未完全蒸发的废水液滴进一步蒸干至含水率低于2 %；烟气在喷雾干燥塔内的停留时间需要维持在20 s以上才能保证塔出口灰分含水率低于2 %；入口烟气温度越高，其塔底及塔出口的灰分含水率越低，在气液比为12 000 m³/m³（标准状态）的废水工况下，入口烟温为280 ℃时已经难以保证废水液滴良好蒸发；在入口烟气温度为340 ℃、气液比大于10 000 m³/m³（标准状态）时，塔底灰分含水率小于2%，蒸发效果良好。

燃煤电厂SCR脱硝氨逃逸迁移规律试验研究

赵宏, 张发捷, 马云龙, 马宝林, 唐潇, 徐仁博, 罗通达, 李成宝, 任传明, 于洁, 孙路石

2021, 54(1): 196-202. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202006114

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研究了某燃煤电厂350 MW机组SCR系统氨逃逸在下游设备的迁移规律。现场试验发现，SCR系统下游设备中空气预热器、低低温省煤器、电除尘器氨逃逸捕获率分别为总氨逃逸量的23%~26%、9%~17%和56%~62%，进入脱硫系统的氨逃逸不足总氨逃逸的3%；提高低低温省煤器出口烟温会导致氨捕获率降低，但下游电除尘器飞灰氨含量增多，表明其对氨的捕获性能提高，最终总的捕获比例基本保持不变。通过现场试验及数据分析，建立了电除尘器所捕捉飞灰中氨含量与SCR出口氨逃逸的对应关系，当机组燃煤煤质大幅变化或对设备进行大幅改造等情况时，需要根据实际情况重新修正对应关系。

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