王永升

（中國(guó)石化股份有限公司齊魯分公司氯堿廠，山東 淄博 255411）

整流系統(tǒng)選型需考慮的幾個(gè)問(wèn)題

王永升

（中國(guó)石化股份有限公司齊魯分公司氯堿廠，山東 淄博 255411）

通過(guò)對(duì)決定整流系統(tǒng)主要性能的幾個(gè)問(wèn)題的論述，旨在將目前應(yīng)用中有爭(zhēng)議、不足或較易忽視的問(wèn)題進(jìn)行理性的取舍，使新上整流系統(tǒng)相對(duì)安全可靠、高效節(jié)電，高性價(jià)比。

整流系統(tǒng)；功率因數(shù)；諧波；同向逆并聯(lián)；整流效率

新上整流系統(tǒng)時(shí)，有時(shí)在整流相數(shù)、功率因數(shù)、是否同向逆并聯(lián)、整流類型、控制方面等方面，由于在基礎(chǔ)依據(jù)并不充分的情況下選定方案，使得整流系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)效率低下、浪費(fèi)投資等情況。通過(guò)對(duì)整流系統(tǒng)的安全運(yùn)行、效率、性價(jià)比相關(guān)問(wèn)題的論述和合理解決，使整流系統(tǒng)協(xié)調(diào)、完美。

1 相關(guān)問(wèn)題

1 整流相數(shù)

為了減輕整流電路高次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，通?？刹捎?2相、18相、24相，乃至36相及以上的多相整流電路。采用多相整流電路能改善功率因數(shù)，提高脈動(dòng)頻率，使變壓器初級(jí)電流的波形更接近正弦波，從而顯著減少諧波的影響。理論上，隨著相數(shù)的增加，可進(jìn)一步削弱諧波的影響，但投資增加。需根據(jù)如下因素確定相數(shù)。

（1）整流所電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的最小短路容量；

（2）多臺(tái)整流變壓器的供電運(yùn)行方式；

（3）整流所電網(wǎng)公共連接點(diǎn)已存在的諧波情況。

按照最小短路容量，對(duì)照相應(yīng)的不同相數(shù)時(shí)整流裝置負(fù)載容量與電網(wǎng)短路容量的關(guān)系圖見(jiàn)圖1，以及整流器套數(shù)，大致確定相數(shù)范圍。

其次，依據(jù)最小短路容量、供電運(yùn)行方式等供電系統(tǒng)參數(shù)，通過(guò)諧波計(jì)算軟件或MATLAB等仿真軟件的仿真，篩選出大致確定相數(shù)范圍內(nèi)的、能滿足電網(wǎng)要求的最低相數(shù)。

最后，再根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T14549—93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》中不同諧波源的疊加計(jì)算方法，將整流所電網(wǎng)公共連接點(diǎn)已存在的諧波量與整流器新產(chǎn)生的諧波量疊加，只要總的諧波量滿足電網(wǎng)電壓總諧波畸變率允許值即可確定整流相數(shù)。

2 功率因數(shù)

功率因數(shù)表達(dá)式為：λ=ξ·cos（α+γ/2）

式中：λ為可控整流系統(tǒng)的功率因數(shù)；α為運(yùn)行控制角；γ為換相重疊角；ξ為電流畸變系數(shù)，為實(shí)際電流與理想正弦波之間的差異，它與整流電路的脈波數(shù)（p）有關(guān)。

換相重疊角決定于變壓器的短路電壓Uk，隨運(yùn)行控制角增大而減小[cos(α+γ)=cosα-(1-cosγ0)]，當(dāng)Uk=8%，γ0=23°時(shí)，功率因數(shù)的計(jì)算列于表 1。

表1 不同控制角時(shí)的功率因數(shù)

從表1可看出，同一整流器，隨控制角的增大，其功率因數(shù)變??；同一控制角，隨整流相數(shù)的增加，其功率因數(shù)變大。隨著整流相數(shù)的增加，功率因數(shù)值越來(lái)越接近理想情況，這要求在整流相數(shù)已定的情況下，要考慮我們整流器運(yùn)行功率因數(shù)的區(qū)間，然后依據(jù)功率因數(shù)的區(qū)間確定控制角的范圍。例如12相整流時(shí)，想把功率因數(shù)控制在0.9以上，此時(shí)的控制角應(yīng)小于 19°（24相時(shí)應(yīng)小于 22°），這樣，就為精確控制功率因數(shù)提供了理論依據(jù)。另外，整流相數(shù)較少時(shí)，需要有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)的級(jí)差較小。通過(guò)有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)與控制角的完美配合，便可實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的有效控制。

3 整流效率

整流系統(tǒng)的效率是由整流變壓器和整流柜的效率決定的，整流變壓器的效率一般為98%左右，設(shè)計(jì)值通常采用98%，提高至99%或者更高是可能的（可能需大規(guī)模地增加投資）。對(duì)整流柜來(lái)講，由于受SCR管壓降的限制，效率的提高受到一定限制，唯有通過(guò)采用合理的整流電路、選用合適的硅元件及緊湊的裝配方式來(lái)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在,一般的整流器自身的效率都可超過(guò)99%，如此的整流系統(tǒng)的變流效率應(yīng)為98%×99%＝97%以上，否則，效率較低最可能的原因是工藝方案選擇不當(dāng)，如4萬(wàn)t/a燒堿裝置，隨輸出電流增加、電壓降低時(shí)，其效率較快降低，整流器輸出為43 kA×285 V、129 kA×95 V時(shí)，整流系統(tǒng)的變流效率分別為97%、94%。

所以，在確定工藝方案時(shí)，首先應(yīng)保證整流效率為97%以上，這樣產(chǎn)品的能耗才能較低、才有競(jìng)爭(zhēng)力。

4 同向逆并聯(lián)

同向逆并聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是消除了磁場(chǎng)對(duì)外的影響，消除了整流器金屬外殼局部過(guò)熱；使并聯(lián)各回路的電抗值趨于相等，有利地改善均流度；減小了變壓器的電抗，相應(yīng)地改善了功率因數(shù)。

并聯(lián)元器件越多、電流越大優(yōu)點(diǎn)越突出。目前新上電槽一般都是離子膜電槽，其運(yùn)行電流一般為15 kA左右 （國(guó)內(nèi)較普遍的是北化機(jī)離子膜電槽，其正常運(yùn)行電流為12.1 kA左右）。如此小的電流，磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)外的影響較為有限，考慮檢修空間后，金屬整流柜的尺寸略大一點(diǎn)，就不會(huì)有局部過(guò)熱現(xiàn)象，況且現(xiàn)在的金屬整流柜都采取了截?cái)啻怕返脑O(shè)計(jì)，有的干脆采用了非金屬材料。目前由于單只硅元件的容量較大，并聯(lián)的原件數(shù)很少，均流度很容易地做得較高，采用同向逆并聯(lián)來(lái)提高均流度已無(wú)必要，同向逆并聯(lián)雖能略減變壓器的等效電抗，對(duì)功率因數(shù)有改善，但效果不大。

總之，采用同向逆并聯(lián)雖有一些優(yōu)點(diǎn)，但增加了變壓器、整流器的復(fù)雜程度、制造難度和設(shè)備數(shù)量，同時(shí)降低了整流系統(tǒng)的效率，增加了投資。權(quán)衡必要性、安全性、投資大小等方面，在離子膜電槽的直流供電中絕無(wú)必要采用同向逆并聯(lián)，而在其他需要大直流供電的場(chǎng)合還是很有必要的。

5 整流電路類型

大功率整流設(shè)備的電聯(lián)結(jié)有2種形式，雙反星形和三相橋式。從電路結(jié)構(gòu)上看，雙反星形是2個(gè)三相半波電路的并聯(lián)，三相橋式是2個(gè)三相半波電路的串聯(lián)。在新上整流設(shè)備時(shí)，首先要對(duì)這2種電路進(jìn)行比較。在直流輸出電壓、電流相同的情況下，其比較情況如表2所示。

從表2可知，雙反星形可控整流電路中SCR的用量少一半（相應(yīng)的整流器造價(jià)要低一些），其正向功率損耗少一半，而且因?yàn)樗玫腟CR量少，設(shè)備出故障的概率也相應(yīng)地減少，其缺點(diǎn)是所需變壓器的等值容量比較大，此外還要帶平衡電抗器，這就使得變壓器的造價(jià)高一些，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜一點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，所需整流器的直流輸出電壓小于300 V時(shí)，宜選用雙反星形的可控整流電路，否則宜選用三相橋式的可控整流電路。電壓遠(yuǎn)低于300 V或遠(yuǎn)高于300 V的整流器，按上述原則選擇整流電路是沒(méi)問(wèn)題的。對(duì)于300 V左右的整流器，還是要將性價(jià)比、安全性綜合考慮后再確定。

表2 雙反星形與三相橋式整流電路的比較（在單個(gè)SCR額定電流相等的條件下）

6 控制方面

（1）整流器用去離子水循環(huán)泵，需有2 s的重合閘繼電器，避免380 V系統(tǒng)在欠壓切換時(shí)，引起去離子水泵瞬時(shí)欠壓跳閘，從而導(dǎo)致整流裝置停車。如圖2所示，去離子水循環(huán)泵正常有NO.1進(jìn)線供電，NO.1進(jìn)線欠壓時(shí)，跳進(jìn)線、合母聯(lián)，有NO.2進(jìn)線供電，其間，切換時(shí)間在2 s之內(nèi)。相應(yīng)的整流器控制程序內(nèi)，須有對(duì)去離子水流量、壓力檢測(cè)的2 s之內(nèi)不正常的允許，即相應(yīng)的2 s的延時(shí)處理。如此，只有在2 s的波動(dòng)之后，去離子水仍不正常時(shí)，才連鎖整流器停車，這樣就很好地解決了380 V供電系統(tǒng)的波動(dòng)問(wèn)題。

（2）隨著整流器保護(hù)功能的完善，保護(hù)動(dòng)作依據(jù)故障的輕重，分為4種方式：報(bào)警（仍正常運(yùn)行）、延時(shí)封鎖脈沖、立即封鎖脈沖、跳閘。需要注意的是，封鎖脈沖的選用一定要慎重且考慮周全，否則易出現(xiàn)次生事故。圖3為FRIEM公司的控制方案。正常運(yùn)行時(shí)，開(kāi)關(guān) Q1、Q2合，Q3斷，除槽時(shí)，在除槽開(kāi)關(guān)發(fā)出合Q3命令的同時(shí)，整流器封鎖脈沖，當(dāng)Q3已合好的信號(hào)返回控制系統(tǒng)時(shí)，封鎖脈沖解除，整流器又正常輸出。一旦除槽不成功，整流器便一直封鎖脈沖，此時(shí)，生產(chǎn)中斷，進(jìn)入停車處理程序，關(guān)閉電槽的物料進(jìn)、出閥，除槽開(kāi)關(guān)修好后、除槽成功，準(zhǔn)備送電開(kāi)車。復(fù)歸故障信息時(shí)，整流器封鎖脈沖突然解除，又正常輸出，此時(shí)如準(zhǔn)備不足，易產(chǎn)生電槽鼓壞，損壞離子膜，甚至引起電槽爆炸的危險(xiǎn)，故選用封鎖脈沖功能時(shí)，后備的保護(hù)措施要完備，如正常除槽3 s之內(nèi)，超過(guò)5 s就連鎖跳閘等，總之要確保生產(chǎn)的安全。

7 結(jié)語(yǔ)

只要注意上述整流系統(tǒng)選型方面需注意的主要問(wèn)題，新上整流系統(tǒng)的效率、性價(jià)比就比較高，同時(shí)安全、可靠性也有保證。整流器的穩(wěn)流精度、均流系數(shù)等諸多整流器的技術(shù)指標(biāo)雖然也很重要，但對(duì)全局的影響較小或常規(guī)整流器的技術(shù)指標(biāo)已能滿足正常的生產(chǎn)需要。對(duì)于操作、控制方面的具體要求、改進(jìn)及整流器技術(shù)指標(biāo)的特殊要求可與整流器供應(yīng)商協(xié)商解決，這些都是整流系統(tǒng)選型之后的工作。

Several problems needing attention in type selection of rectifying system

WANG Yong-sheng
(Chlor-alkali Plant of Qilu Co.,Ltd.,SINOPEC,Zibo 255411,China)

According to the discussion of several problems of the main property of rectifying system,the controversial,deficiency and neglect problems in application were to make a rational choice,and then the rectifying system was more safe,reliable,high efficient and power saving,and high price quality.

rectifying system;power factor;harmonics;cophase counter parallel connection;rectifying efficiency

TM461

B

1009－1785(2010)04－0008-03

2009-09-18