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        電解鋁整流系統(tǒng)的諧波電流與無功功率問題分析

        2015-07-07 23:32:30王維
        科技與創(chuàng)新 2015年10期
        關(guān)鍵詞:無功功率電解鋁

        王維

        摘 要:立足于電解制鋁的生產(chǎn)實際,從諧波電流和無功功率的角度出發(fā),結(jié)合電解制鋁實例,對電解鋁整流系統(tǒng)的諧波電流和無功功率問題進行了簡要分析。

        關(guān)鍵詞:電解鋁;整流系統(tǒng);諧波電流;無功功率

        中圖分類號:TM714.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2015.10.082

        在大功率直流電路中,為了保證系統(tǒng)功率的穩(wěn)定性,通常情況下會選擇用電容對線路中的無功現(xiàn)象進行補償?shù)拇胧5餮b置在運行過程中會產(chǎn)生諧波電流,如果在配置無功補償裝置時選用的參數(shù)不科學(xué),則可能會導(dǎo)致供電系統(tǒng)諧振或諧波電流放大的現(xiàn)象。因此,對電解鋁整流系統(tǒng)的諧波電流與無功功率問題的分析具有鮮明的現(xiàn)實意義。

        1 電解鋁整流系統(tǒng)的特征

        電解鋁是當(dāng)前獲取金屬鋁的主要方式,是以氧化鋁為原料,在冰晶石熔體中進行熔鹽電解的化學(xué)過程。其制備過程主要表現(xiàn)出以下4個特征。

        1.1 耗電量大

        電解本身是一種能耗量極大的生產(chǎn)方式,這是因為金屬鋁的化學(xué)屬性極為活潑,傳統(tǒng)的置換等化學(xué)處理方式無法有效地從化合物中提取出金屬鋁,從總體上看,電解是當(dāng)前最高效的制備方式。

        1.2 功率因數(shù)較低

        電解制鋁過程對電力的要求較高,電力系統(tǒng)直接供應(yīng)的電力形式無法滿足電解需求,因此,在電解鋁系統(tǒng)中,還需要經(jīng)過調(diào)壓變壓器、整流變壓器和大功率元件整流系統(tǒng),才能進入最終的電解活動。在這一過程中,系統(tǒng)眾多、無功消耗極大,且電解鋁系統(tǒng)的功率因數(shù)較低。

        1.3 供電可靠性要求高

        電解鋁是一個連續(xù)的過程,在電解鋁活動中對電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性有極高的要求,一旦出現(xiàn)電力供應(yīng)的中斷,則會導(dǎo)致電解反應(yīng)停止,且在恢復(fù)供電后的一段時間內(nèi)電解生產(chǎn)都無法正常進行。如果停電超過1 h,浸泡在電解溶液中的半成品會發(fā)生其他反應(yīng),進而影響金屬鋁的產(chǎn)出率,甚至?xí)﹄娊獠鄣膬?nèi)襯造成嚴(yán)重的破壞。

        1.4 諧波污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重

        電解鋁系統(tǒng)中的大功率元件整流系統(tǒng)在運行過程中會產(chǎn)生大量的諧波,如果無法有效控制諧波的產(chǎn)生和傳播,則會對周圍的供電網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)造成消極影響,嚴(yán)重情況下,還會對電解鋁系統(tǒng)的運行質(zhì)量和效率產(chǎn)生影響。通常情況下,整流供電的功率一旦低于0.9,則會導(dǎo)致電解鋁系統(tǒng)出現(xiàn)功率下降、絕緣發(fā)熱或老化等問題。

        2 電抗器的作用

        電解鋁過程中大功率元件的整流系統(tǒng)會產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波現(xiàn)象,這種現(xiàn)象不僅會對電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響,還會影響電解鋁設(shè)備的工作狀態(tài)。針對電路中的諧波現(xiàn)象,當(dāng)前主要的解決辦法是在線路中安裝電抗器。

        在電容器回路中安裝阻尼電抗器,在電容器回路投入時可起到抑制涌流的作用。同時,可與電容器組一起組成諧波回路,起到各次諧波的濾波作用。比如在500 kV變電所35 kV無功補償裝置的電容器回路中,為了限制投入電容器時的涌流和抑制電力系統(tǒng)的高次諧波,在35 kV電容器回路中必須安裝阻尼電抗器。抑制三次諧波后,采用額定電壓為35 kV、額定電感量為26.2 mH和額定電流為350 A的干式空心單相戶外型阻尼電抗器,它與2.52 Mvar電容器對三次諧波形成諧振回路,即三次諧波濾波回路。具體接法如圖1所示。

        圖1 電抗器接法示意圖

        3 諧波問題和無功補償?shù)母呦嚓P(guān)性

        在電解鋁系統(tǒng)中的大功率整流系統(tǒng)中,感性無功與容性無功一同出現(xiàn)在同一諧波源中,諧波電流產(chǎn)生的無功現(xiàn)象會相互補償。通常情況下,補償現(xiàn)象會對供電網(wǎng)絡(luò)中的基波功率造成影響,具體表現(xiàn)為一部分基波功率轉(zhuǎn)化為諧波功率后回到電網(wǎng),這種諧波功率在電網(wǎng)中繼續(xù)存在會對與電網(wǎng)連接的其他電力用戶造成損害。如果在這一過程中整流系統(tǒng)的運行參數(shù)設(shè)定不科學(xué),無功現(xiàn)象的相互補償會被繼續(xù)放大,進而產(chǎn)生共振現(xiàn)象。因此,在選擇濾波器組時,除了要考慮提高電峰測的功率因數(shù),還應(yīng)避免諧振出現(xiàn)。

        為了滿足系統(tǒng)無功補償?shù)囊?,采取的主要方法?種:①當(dāng)電解鋁系統(tǒng)中濾波裝置的無功容量與補償容量出現(xiàn)差值時,可使用并聯(lián)電容器提升補償容量;②當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)的電抗值與并聯(lián)電容器的電容值構(gòu)成的諧振頻率較高,而電解鋁產(chǎn)生的電力負(fù)載諧波電壓較低時,不需要考慮諧波的補償問題,但在實際的電解鋁系統(tǒng)運行中,這一標(biāo)準(zhǔn)比較難把握,需要從電解鋁系統(tǒng)的實際出發(fā),切實保證諧波的補償要求得到滿足。

        4 結(jié)束語

        電解鋁是當(dāng)前提取金屬鋁的主要方式,這一提取方式的運行質(zhì)量和效率直接影響著鋁制品行業(yè)的發(fā)展。因此,對電解鋁整流系統(tǒng)的諧波電流和無功功率的分析具有鮮明的現(xiàn)實意義。本文從電解鋁整流系統(tǒng)的特點、電抗器的應(yīng)用,以及諧波問題與無功功率的關(guān)系的角度對諧波電流和無功功率問題進行了分析,以期為電解鋁整流系統(tǒng)運行質(zhì)量的提升提供支持和借鑒。

        參考文獻(xiàn)

        [1]陳廣生.電解鋁整流系統(tǒng)的諧波電流與無功功率[J].科技傳播,2013(01):26-27.

        [2]項興堯.電網(wǎng)諧波與無功綜合動態(tài)補償研究[D].蘭州:蘭州理工大學(xué),2014.

        〔編輯:張思楠〕

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