孫書會(huì)，耿慶魯

(德州實(shí)華化工有限公司，山東 德州 253007 )

【供電與整流】

提高離子膜法燒堿配套整流裝置cosФ的措施

孫書會(huì)*，耿慶魯

(德州實(shí)華化工有限公司，山東 德州 253007 )

氯堿生產(chǎn)；整流裝置；功率因數(shù)；導(dǎo)通角

介紹了功率因數(shù)的定義。功率因數(shù)是整流裝置的一項(xiàng)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，是衡量電氣設(shè)備效率高低的系數(shù)。提出了提高離子膜法燒堿配套整流裝置cosФ的措施，并總結(jié)了德州實(shí)華化工有限公司的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

為了將交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能，氯堿企業(yè)都設(shè)置有一定數(shù)量的大功率整流裝置，用以變換電流，供電解裝置使用。以德州實(shí)華化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱“德州實(shí)華”)現(xiàn)有的17套整流裝置為例，耗電量超過(guò)10.5億kW·h/a，占總耗電量的80%左右。功率因數(shù)是整流裝置的一項(xiàng)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它是衡量電氣設(shè)備效率高低的系數(shù)。較高的功率因數(shù)可有效地提高發(fā)電機(jī)及輸電設(shè)備的出力，提高電壓質(zhì)量，降低電能的損耗，對(duì)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有非常重要的意義。氯堿整流裝置常用的整流電路主要有三相橋式同相逆并聯(lián)的排列整流電路和雙反星形帶平衡電抗器同相逆并聯(lián)的排列整流電路。三相橋式同相逆并聯(lián)的排列整流電路因整流元件承受峰值電壓低，變壓器利用率高且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而應(yīng)用廣泛。由于氯堿企業(yè)整流裝置具有電流大的特點(diǎn)，其閥側(cè)母線電流所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)對(duì)周圍的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了磁滯和渦流損耗，使鋼結(jié)構(gòu)溫度升高，增加了整流裝置的損耗，降低了功率因數(shù)。德州實(shí)華離子膜整流裝置投運(yùn)初期，整流變的功率因數(shù)一直處于較低的水平，一般均在0.85～0.89。通過(guò)技術(shù)改造和日常管理手段來(lái)提高離子膜整流裝置功率因數(shù)，可達(dá)到運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、節(jié)能降耗的目的。

1 三相橋式同相逆并聯(lián)整流及其控制系統(tǒng)

離子膜法燒堿整流裝置主要采用三相橋式同相逆并聯(lián)整流線路，由1臺(tái)整流變壓器帶2臺(tái)整流柜運(yùn)行，每臺(tái)整流柜各帶一臺(tái)電解槽，整流元件為晶閘管，直流電流的調(diào)節(jié)以變壓器有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)為粗調(diào)，以晶閘管的相角控制為細(xì)調(diào)。其工作原理為：三相交流電壓經(jīng)整流變壓器降壓后加至整流電路晶閘管的兩端，此時(shí)，按工藝要求，通過(guò)升降電流按鈕向控制器輸入一定的給定量，控制器按給定值輸出同步脈沖觸發(fā)信號(hào)，分別加至晶閘管的觸發(fā)極。同步脈沖觸發(fā)信號(hào)的移相范圍為0～120°，可最大范圍地調(diào)節(jié)直流電壓，控制直流電流的輸出。

2 影響整流設(shè)備功率因數(shù)的幾個(gè)方面

2.1整流裝置屬于非正弦設(shè)備

整流裝置的輸入功率為 3 部分：由系統(tǒng)電壓(正弦)與基波電流的乘積構(gòu)成的有功功率及無(wú)功功率；由系統(tǒng) 電壓 (正弦)與畸變電流(各次諧波電流的綜合) 的乘積構(gòu)成畸變功率?；児β蕦?duì)功率因數(shù)將產(chǎn)生影響。

2.2相控角增大，功率因數(shù)將降低[1]

當(dāng)相控角增大時(shí)，在輸出電流不變的條件下，可控整流器將使無(wú)功功率、畸變功率隨之增加，而基波視在功率則保持不變，總視在功率將增加，所以功率因數(shù)將降低。對(duì)于整流設(shè)備的運(yùn)行功率因數(shù) cos Ф 可近似表示為：

cosФ = 1/2[cosα+ cos(α+μ)]。

(1)

其中：α是晶閘管整流電路控制角；μ為晶閘管整流電路換相重疊角。

由式(1)可知， 整流裝置的功率因數(shù)主要取決于整流電路控制角和換相重疊角。當(dāng)控制角α和換相重疊角μ增大時(shí)，整流設(shè)備的cosФ 將明顯下降，而換相重疊角μ主要取決于變壓器及導(dǎo)電排的阻抗，其大小取決于設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造及安裝。所以，合理地調(diào)整相控角，可以提高整流裝置功率因數(shù)，降低無(wú)功損耗。

2.3調(diào)壓開(kāi)關(guān)和相控角

離子膜整流裝置的整流元件為大功率晶閘管，直流電流的調(diào)節(jié)以變壓器有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)為粗調(diào)，共27擋可調(diào)。以晶閘管的相角控制為細(xì)調(diào)，控制角的調(diào)節(jié)范圍為0～120°。當(dāng)導(dǎo)通角過(guò)低時(shí)，可降低整流變壓器(以下簡(jiǎn)稱“整流變”)調(diào)壓開(kāi)關(guān)擋位，使得整流變閥側(cè)電壓降低，由于PI調(diào)節(jié)控制電路的作用，使導(dǎo)通角變大以維持輸出電流的穩(wěn)定(反之，則導(dǎo)通角降低)。整流變調(diào)壓開(kāi)關(guān)升降1擋，導(dǎo)通角變化為3°～4°。

考慮到系統(tǒng)電壓波動(dòng)時(shí)，給自動(dòng)控制留有一定的調(diào)整裕量，將相控角控制在5°～12°，此時(shí)導(dǎo)通角在133°～138°，接近150°較適宜。

3 提高整流裝置功率因數(shù)的技術(shù)措施

要提高可控硅整流裝置的功率因數(shù)，就要設(shè)法減小高次諧波、控制角α和換相重疊角μ。而可控硅整流裝置就是利用改變控制角α來(lái)調(diào)壓的。要獲得低電壓控制角α，就要往大調(diào)，以使功率因數(shù)降低。因此，要使可控硅整流裝置在低電壓下仍保持較高的功率因數(shù)，則必須采取下述技術(shù)措施。

3.1采用小控制角運(yùn)行

對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間工作在低電壓下且相對(duì)穩(wěn)定的負(fù)載，可采用改變整流變壓器的二次抽頭或采用星三角變換等方法降低變壓器二次側(cè)電壓，這樣，可控硅整流裝置輸出低電壓時(shí)，可在小控制角下工作；須輸出高電壓時(shí)，升高交流側(cè)的電壓，這樣，使可控硅整流裝置盡量運(yùn)行在小控制角狀態(tài)。

3.2采用兩組變流器的串聯(lián)供電

對(duì)于大容量且電壓較高的負(fù)載，可采用兩組橋式電路串聯(lián)供電。當(dāng)負(fù)載要求高電壓時(shí)，兩組橋式電路中的可控硅整流管均工作在小控制角的整流狀態(tài)。負(fù)載電壓為兩組直流電壓之和。當(dāng)負(fù)載需要低電壓時(shí)，使一組橋式電路的可控硅整流管工作在小控制角的整流狀態(tài)，另一組工作在逆變狀態(tài)，或采用整流二極管代替可控硅晶閘管。這時(shí)，兩組整流橋的功率因數(shù)都比較高。當(dāng)兩組橋式電路串聯(lián)工作時(shí)，兩臺(tái)變壓器的二次側(cè)繞組中的一組為星形接法，另一組為三角形接法。這樣，既可消除高次諧波，減小電流波形畸變，又可提高功率因數(shù)。

3.3增加整流電路的相數(shù)

整流電路的相數(shù)越多，電流中高次諧波的最低次數(shù)越高，且其幅值減小，畸變因數(shù)接近于 1，從而提高了功率因數(shù)。

3.4設(shè)置補(bǔ)償電容器

當(dāng)補(bǔ)償電容器與可控硅整流裝置并聯(lián)時(shí)，會(huì)使功率因數(shù)得以改善。由于電路中存在高次諧波，如果電容與電路里的電感配合不當(dāng)，就會(huì)產(chǎn)生諧振。因此，在補(bǔ)償電容器回路中往往串聯(lián)電抗器。合理選擇電感值，可防止產(chǎn)生諧振。

4 提高整流裝置功率因數(shù)的管理措施

提高整流裝置功率因數(shù)的管理措施有3項(xiàng)。

4.1開(kāi)展“提高功率因數(shù)”勞動(dòng)競(jìng)賽活動(dòng)

在離子膜中控崗位制定整流機(jī)組功率因數(shù)控制指標(biāo)及考核辦法。提出明確的功率因數(shù)控制指標(biāo)，即cosФ大于0.93，4.2完善微機(jī)管理制度

設(shè)置整流裝置功率因數(shù)的監(jiān)測(cè)和報(bào)警的功能，利于崗位人員對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，針對(duì)離子膜后臺(tái)通訊不暢的缺陷，一方面落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)操作監(jiān)控手段，另一方面及時(shí)進(jìn)行了升級(jí)改造。

4.3調(diào)整整流裝置的參數(shù)

由于整流裝置的導(dǎo)通角控制上限(報(bào)警值)設(shè)置較低，使得整流裝置的平均cosФ遠(yuǎn)低于預(yù)期。為了進(jìn)一步提高離子膜整流裝置的功率因數(shù)，降低損耗，將整流裝置相控角控制下限(報(bào)警值)由10°改為5°，相應(yīng)的整流裝置導(dǎo)通角控制上限(報(bào)警值)由140°改為145°。調(diào)整全部完成后，離子膜整流裝置的整體功率因數(shù)得到大幅度提升。

5 提高整流裝置cosФ的效果

通過(guò)加強(qiáng)對(duì)整流運(yùn)行值班人員的技術(shù)培訓(xùn)，提高其業(yè)務(wù)水平；同時(shí)，制定相關(guān)的制度和控制指標(biāo)，以此督促中控值班人員加強(qiáng)監(jiān)控、認(rèn)真操作，根據(jù)系統(tǒng)電壓的變化及時(shí)調(diào)整整流變的擋位，使導(dǎo)通角處于較高的位置，提高功率因數(shù)，獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

(1)實(shí)施提高整流裝置cosФ的措施后，cosФ從0.86提高到0.95，降低了線路輸送電流。以線損為例，德州實(shí)華離子膜電解用電量約為10.5億kW·h/a，其他用電量約為2.3億kW·h/a。補(bǔ)償前線損率約為5%，補(bǔ)償后功率因數(shù)從0.86提高到0.95,則可減少線損為：

128 000×5%×[1-(0.86÷0.01)2]=1 158.4萬(wàn)(kW·h/a)。

電價(jià)按0.6元/(kW·h)計(jì)算,可節(jié)約電費(fèi)：

1 158.4×0.6=695.04萬(wàn)元。

如果加上供電公司對(duì)功率因數(shù)的獎(jiǎng)勵(lì)85萬(wàn)元，可節(jié)約電費(fèi)開(kāi)支：

695.04+85=780(萬(wàn)元/a)。

(2)當(dāng)功率因數(shù)從0.86提高到0.95，設(shè)備利用率提高了：

(0.95-0.86)÷0.86=10.5% 。

(3)提高功率因數(shù)后，可以減少設(shè)備投資，充分發(fā)揮設(shè)備潛能。

(4)提高功率因數(shù)，減少了電壓損失，降低電壓波動(dòng)，有效改善供電質(zhì)量。

6 結(jié)語(yǔ)

目前，德州實(shí)華離子膜整流裝置的規(guī)模越來(lái)越大，其所占公司用電負(fù)荷的比例也日益增加。因此，切實(shí)落實(shí)提高整流裝置功率因數(shù)的措施，對(duì)提高公司電網(wǎng)的供電質(zhì)量，降低離子膜損耗，都具有非常重要的意義。

[1] 陳躍充, 李建科.合理控制導(dǎo)通角提高電解整流裝置功率因數(shù)[J].化工生產(chǎn)與技術(shù)，2006(3)：48-49.

[編輯：費(fèi)紅麗]

MeasurestoincreasecosФofrectificationdevicesupportingion-exchangemembranecausticsodafacility

SUNShuhui,GENGQinglu

(Dezhou Shihua Chemical Indusrty Co., Ltd., Dezhou 253007, China)

chlor-alkali production; rectification device; power factor; conduction angle

The definition of power factor is introduced. Power factor is one of the main technical and economic indicators of rectification device, and is a coefficient of measuring the efficiency of electrical equipment. Measures to increase cosФ of rectification device supporting ion-exchange membrane caustic soda facility are put forward. Experience gained by Dezhou Shihua Chemical Co. Ltd. in increasing the cosФ are summarized.

TM46

B

1008-133X(2017)08-0001-03

孫書會(huì)(1972—)，男，電氣工程師，1996年7月畢業(yè)于華北電力大學(xué)電氣專業(yè)，多年來(lái)一直從事氯堿生產(chǎn)電氣與整流裝置的設(shè)計(jì)、安裝和改造。.

2017-06-01