耿慶魯

(德州實(shí)華化工有限公司，山東 德州 253007)

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【供電與整流】

氯堿企業(yè)采用高壓直降式整流技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

耿慶魯*

(德州實(shí)華化工有限公司，山東 德州 253007)

直降式整流裝置；配置方式；整流變壓器；調(diào)壓；移相

介紹了高壓直降式整流技術(shù)，并分析了氯堿企業(yè)采用這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

1 直降式整流概述及分析[1]

所謂直降式整流，是指在電化學(xué)、電冶金企業(yè)中，進(jìn)入企業(yè)電網(wǎng)的高壓電不經(jīng)過二次降壓直接進(jìn)入整流變壓器(以下簡(jiǎn)稱“整流變”)，經(jīng)過整流后為電解槽提供直流電源的整流方式。由于不經(jīng)過二次降壓，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備簡(jiǎn)化，運(yùn)行效率提高。高壓直降電壓范圍主要指66、110、220 kV等級(jí)的電化學(xué)整流，其中用的最多的是110 kV。

1.1 直降式整流的優(yōu)缺點(diǎn)

(1)直降式整流有如下4個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①減少變壓級(jí)次，減少電設(shè)備重復(fù)容量及相應(yīng)的電力損耗；②減少變電環(huán)節(jié)設(shè)備的占地面積和配套工程的土建施工費(fèi)用；③由于減少了降壓環(huán)節(jié)，設(shè)備數(shù)量隨之減少，維護(hù)費(fèi)用也會(huì)減少，運(yùn)行可靠性提高；④由于供電電壓的提高，整流設(shè)備的相對(duì)容量減少，高次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響隨之減小。

(2)直降式整流的缺點(diǎn)：裝置一次投資大，技術(shù)較復(fù)雜，對(duì)制造和使用的技術(shù)要求較高。

1.2 采用直降式整流的供電電源條件

當(dāng)?shù)貞?yīng)具有66 kV及以上雙回路電源條件，供電能力和系統(tǒng)短路容量應(yīng)滿足電解整流和動(dòng)力用電的負(fù)荷，以及抑制諧波的需要。

1.3 燒堿裝置規(guī)模和供電電源電壓等級(jí)的選擇

遵循企業(yè)總變電站供電電壓等級(jí)選擇原則，根據(jù)氯堿生產(chǎn)規(guī)模和整流裝置的配套容量，得出企業(yè)總計(jì)算負(fù)荷后，確定合理的電源電壓等級(jí)。結(jié)合目前離子膜電解槽的負(fù)荷水平與電解槽的配置方式，建議：當(dāng)燒堿規(guī)模在10萬t/a時(shí)，宜選66 kV直降式整流；在15萬t/a以上時(shí)，宜選110 kV直降式整流；在30萬t/a以上時(shí)，宜選220 kV直降式整流。

1.4 整流變單機(jī)容量和網(wǎng)側(cè)電壓等級(jí)選擇

整流變的單機(jī)容量決定其所帶電解槽的產(chǎn)堿能力，其網(wǎng)側(cè)電壓取決于是否直降式整流。當(dāng)燒堿規(guī)模、網(wǎng)側(cè)電壓、設(shè)備臺(tái)數(shù)確定以后，直降式整流的單機(jī)容量可參考表1計(jì)算得出。表2是標(biāo)準(zhǔn)系列的電力變壓器容量與對(duì)應(yīng)的一次電壓等級(jí)，可供整流變選擇作參考。

2 直降式整流所電氣主接線與設(shè)備配置設(shè)計(jì)

2.1 整流所供電電源應(yīng)滿足的條件

整流所供電電源應(yīng)滿足如下3個(gè)條件：①供電電源不少于2個(gè)；②供電電源電壓等級(jí)相同；③當(dāng)任意一路電源停電時(shí)，非故障電源應(yīng)滿足按工藝條件要求的最小保安電源容量及時(shí)間。條件許可時(shí)，能滿足全部用電負(fù)荷要求。

表1 直降式整流的單機(jī)容量Table 1 Unit capacity of direct step-down rectifier

表2 標(biāo)準(zhǔn)系列的電力變壓器容量與對(duì)應(yīng)的一次電壓等級(jí)Table 2 Primary voltage level corresponding to capacity of series of standard power transformer

2.2 整流所的主接線應(yīng)滿足的條件

整流所的主接線應(yīng)滿足如下4個(gè)條件：①直降式整流所的主接線宜采用單母線分段系統(tǒng)；②全年連續(xù)生產(chǎn)或很少有檢修時(shí)間，且整流機(jī)組在4組以上的大型整流所，宜采用雙母線系統(tǒng)；③整流機(jī)組應(yīng)按等效脈波數(shù)分段配置，構(gòu)成等效脈波數(shù)的全部機(jī)組，應(yīng)分布在同一段高壓母線上；④動(dòng)力負(fù)荷宜分段設(shè)置，且每段應(yīng)預(yù)留不低于按工藝所確定的保安容量。

2.3 直降式整流所的高壓配電裝置選擇

當(dāng)采用110 kV高壓直降式整流時(shí)，高壓配電裝置宜采用故障率較低和維護(hù)量較小的六氟化硫開關(guān)，如GIS封閉型組合電器。高壓動(dòng)力配電裝置宜采用機(jī)械可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、開斷能力強(qiáng)、適宜于頻繁操作的開關(guān)。如真空斷路器或六氟化硫型斷路器，操作機(jī)構(gòu)宜配套選用彈簧儲(chǔ)能式或其他分合速度較快的方式。

2.4 直降式整流裝置的配置方式[2]

整流機(jī)組與電解槽的兩個(gè)配置方案如下。

(1)第一種方案：“1拖2”方案，即1臺(tái)有載自耦式調(diào)壓變壓器(以下簡(jiǎn)稱“調(diào)壓變”)帶2臺(tái)整流變，由2臺(tái)整流器分別向2臺(tái)電解槽供電。

優(yōu)點(diǎn)：可減少整流變和高壓饋電開關(guān)的使用數(shù)量，節(jié)約投資和運(yùn)行費(fèi)用，還便于實(shí)現(xiàn)單機(jī)組等效12相整流。

缺點(diǎn)：?jiǎn)闻_(tái)整流機(jī)組故障停電，會(huì)影響2臺(tái)電解槽的停運(yùn)，對(duì)設(shè)備和工藝的可靠性要求較高。

(2)第二種方案：“1拖1”方案(即1臺(tái)有載自耦式調(diào)壓變帶1臺(tái)整流變，由1臺(tái)整流器供1臺(tái)電解槽直流電)。

優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)闻_(tái)整流機(jī)組故障停電，只會(huì)影響1臺(tái)電解槽的停運(yùn)，生產(chǎn)損失較小。

缺點(diǎn)：高壓饋電裝置的數(shù)量增多，尤其是選用六氟化硫GIS組合電器時(shí)，饋電間隔增多，一次性投資也增加。同時(shí)，整流裝置的數(shù)量增多，導(dǎo)致占地面積增大，增加配套土建投資費(fèi)用。因此，在整流設(shè)備供電可靠性有充分保證、電解槽可以連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，應(yīng)該優(yōu)先選擇“1拖2”方案。

2.5 直降式整流的調(diào)壓和移相

直降式整流變絕大多數(shù)采用1臺(tái)機(jī)身、兩臺(tái)變壓器的結(jié)構(gòu)，含自耦式調(diào)變串聯(lián)移相整流變。由于受絕緣結(jié)構(gòu)的約束，只有幾種調(diào)壓電路適于直降式整流變。其中一種為主變+串變+閥側(cè)串聯(lián)第三線圈的調(diào)壓電路；另一種為有載調(diào)壓器+固定變比整流變的組合電路，其中，以自耦式中性點(diǎn)調(diào)壓電路居多。為了構(gòu)成等效多相制整流，通常采用單機(jī)組等效12脈波整流，多機(jī)組形成等效N×12脈波整流系統(tǒng)(N為同一高壓母線上的整流機(jī)組數(shù))。每機(jī)組整流變之間的移相方法，有閥側(cè)繞組Y接線和△接線延邊三角移相或網(wǎng)側(cè)曲折Y接線移相兩種。單臺(tái)6脈波和單機(jī)組12脈波構(gòu)成等效多脈波方案。整變網(wǎng)側(cè)繞組延邊三角移相方法的特點(diǎn)是整流變的噪聲小、損耗低、溫升小、參數(shù)對(duì)稱性好，在相同移相角時(shí)，因移相而增加整流變等值計(jì)算容量也最小。采用延邊三角移相構(gòu)成等效多相制系統(tǒng)最多相數(shù)的是60相，使用較多的是24相。

3 直降式整流設(shè)備的制造要求

一般直降式整流變采用“1拖2”結(jié)構(gòu)，即1臺(tái)有載自耦式調(diào)變帶2臺(tái)整流變，調(diào)壓范圍70%～105%，配21級(jí)有載分接開關(guān)，半鐘罩式油箱，一次側(cè)頂部進(jìn)線，二次側(cè)側(cè)面相對(duì)出線；冷卻方式多采用油浸風(fēng)冷。系統(tǒng)變流效率達(dá)99.2%，設(shè)備緊湊，占地面積小，安裝方便。在整流變的內(nèi)部，盡量從結(jié)構(gòu)上保持網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)繞組的相對(duì)獨(dú)立，減少高壓擊穿對(duì)閥側(cè)繞組的影響。由于供電電網(wǎng)容量的增加，會(huì)使短路電流增大，應(yīng)該適當(dāng)提高動(dòng)熱穩(wěn)定性。

依據(jù)整流變的實(shí)際制造水平將動(dòng)熱允許偏差控制在±5%以內(nèi)，這樣對(duì)整流變的負(fù)荷平衡有利。與二次降壓的整流方式相比，少了降壓整流變的阻抗限流，變電站的供電電源容量增大，母線上短路電流較大。不僅提高進(jìn)線和配電開關(guān)額定斷流容量的動(dòng)熱穩(wěn)定性，而且在設(shè)置母線差動(dòng)保護(hù)和進(jìn)線開關(guān)過流及速斷保護(hù)時(shí)，也應(yīng)該考慮到動(dòng)熱穩(wěn)定性。整流柜的母線排列是否采用同相逆并聯(lián)方式，可根據(jù)整流電路連接方式來選定，額定整流電壓、額定整流電流參照《化學(xué)整流器原理及應(yīng)用》[2]中的標(biāo)準(zhǔn)來確定。對(duì)于向復(fù)極式離子膜電解槽供電的整流裝置，同相逆并聯(lián)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)已不明顯，反而表現(xiàn)出制造安裝復(fù)雜，安全性降低的弊病。當(dāng)直流電流在12.5kA以下時(shí)，采用“非同相逆并聯(lián)”的母線排列方式時(shí)各個(gè)方面效果較好。當(dāng)整流機(jī)組發(fā)生直流短路時(shí)，如果閥側(cè)過電壓吸收裝置又失效，則在斷路器切斷電路的瞬間，由于漏抗中積聚的能量向空置著的調(diào)壓繞組釋放，從而產(chǎn)生很高的過電壓，作用到有載分接開關(guān)上，可能造成其絕緣的意外損壞。因此，選擇有載開關(guān)應(yīng)有較高的內(nèi)絕緣水平。

4 直降式整流所的發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)采用直降式整流時(shí)，通常做法是整流所與變電所合并建設(shè)，即整流、電站一體化格局。這樣，用變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)就可以包括整流系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)裝置，做到整個(gè)系統(tǒng)的互操作性、可擴(kuò)展性，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，以及各種智能儀表在保護(hù)系統(tǒng)中的互換和使用，減少系統(tǒng)的重復(fù)建設(shè)和投資，這是直降式整流所綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

直降式整流所綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)具備以下特點(diǎn)：信息分層、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)統(tǒng)一建模、數(shù)據(jù)自我描述、有抽象通信服務(wù)接口(ACSI)。整流所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)不僅應(yīng)該具有完整的保護(hù)和監(jiān)控功能，也應(yīng)該具有全面的事故報(bào)警和記錄功能，有效防止事故的發(fā)生，或在事故發(fā)生后準(zhǔn)確查找事故原因，便于采取有效的預(yù)防措施，防止類似事故再次發(fā)生。

5 結(jié)語

采用高壓直降式整流技術(shù)，不僅節(jié)約了大量的能源，也為企業(yè)節(jié)約了大量電費(fèi)，效益顯著。隨著新技術(shù)、新材料的不斷涌現(xiàn)，整流變制作和工藝水平將進(jìn)一步提高，高壓直降式整流變制作成本和自身的損耗還將下降，那么高壓直降式整流變以較低的運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用以及成熟的操作使用經(jīng)驗(yàn)，必將為氯堿企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 田時(shí)靜，李衛(wèi)東.110 kV整流直降方式的應(yīng)用[J].中國(guó)氯堿，2011(3)：8-10.

[2] 向慶華.化學(xué)整流器原理及應(yīng)用[J].四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，1997(3)：67-68.

[編輯：費(fèi)紅麗]

The advantages of using high-voltage direct step-dwon rectification technologyin chlor-alkali enterprises

GENGQinglu

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

step-dwon rectifier; configuration; rectifier transformer; voltage regulation; phase shift

The technology of high-voltage direct step-dwon rectification is introduced, and the advantages of using the technology in chlor-alkali enterprises are analyzed.

耿慶魯(1967—)，男，高級(jí)電氣工程師，1992年畢業(yè)于成都科技大學(xué)電力工程系電力系統(tǒng)及自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)于德州實(shí)華化工有限公司從事氯堿生產(chǎn)的發(fā)電、輸電、配電及整流裝置的設(shè)計(jì)、安裝和改造工作。

2016-12-20

TM46

B

1008-133X(2017)05-0001-03