徐明磊

（青銅峽鋁業(yè)股份有限公司青銅峽鋁業(yè)分公司，寧夏 吳忠 751603）

整流效率是電解鋁生產(chǎn)的重要指標(biāo)，分析清楚整流效率的影響因素，對于電解鋁生產(chǎn)中如何提高電能效率，做好節(jié)能降耗工作，有著巨大的促進(jìn)作用。本文以某鋁廠200kA 電解系列為例，從供電整流系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)對整流效率的影響進(jìn)行分析。鋁電解系列供電工藝過程：從220kV 交流電經(jīng)過整流機(jī)組調(diào)壓變壓器及整流變壓器降至1050V 電壓后經(jīng)過整流器整流出額定電壓1250V，額定電流200kA 的直流電，供電解車間使用。整流效率定義為（直流電壓×直流電流）÷電解用的交流電量×100%。具體分析情況如下。

1 供電車間整流系統(tǒng)對整流效率的影響分析

1.1 整流系統(tǒng)效率計(jì)算

1.1.1 變壓器部分的損耗△P1

基本參數(shù)：

系列電流：213kA；

系列電壓：1120V；

整流柜額定電流：37kA；

過載系數(shù)：β=（系列電流/機(jī)組數(shù)量）/（2*整流柜額定電流）；

四機(jī)組運(yùn)行時(shí)β=0.719；

五機(jī)組運(yùn)行時(shí)β=0.575；

變壓器空載損耗Po=147kW；

變壓器負(fù)載損耗Pf=1020kW；

變壓器損耗（整變+調(diào)變）△Pb=Po+β2Pf；

四機(jī)組運(yùn)行時(shí)△Pb=674kW（674）；

五機(jī)組運(yùn)行時(shí)△Pb=484kW（484）；

單機(jī)組飽和電抗器損耗：70kW；

單套無功補(bǔ)償裝置損耗：3.6kW。

變壓器部分的損耗△P1：四機(jī)組運(yùn)行時(shí)為2990kW；

五機(jī)組運(yùn)行時(shí)為2788kW。

1.1.2 整流裝置部分的損耗△P2（整流柜廠家提供）

（1）四機(jī)組運(yùn)行時(shí)：

元件損耗：603kW；

快熔損耗：58.23kW；

母線損耗：64.9kW；

其他損耗：32kW；

合計(jì)：758.17kW。

（2）五機(jī)組運(yùn)行時(shí)：

元件損耗：603kW；

快熔損耗：46.55kW；

母線損耗：51.9kW；

其他損耗：40kW；

合計(jì)：741kW。

整流柜部分的損耗△P2：四機(jī)組運(yùn)行時(shí)為758.17kW；五機(jī)組運(yùn)行時(shí)為741kW。

1.1.3 主電路連接導(dǎo)線的損耗△P3

此部分包括220kV 進(jìn)線至變壓器架空輸電線路、變壓器與整流柜之間連接母線，整流柜輸出直流母線損耗。

架空輸電線路損耗：I2R ≈（712）2*0.000105=53kW。

交流母線損耗：四臺機(jī)組運(yùn)行時(shí)：12.6kW；

五臺機(jī)組運(yùn)行時(shí)：19kW。

直流引下線至直流分支母線：5.9kW。

主電連接導(dǎo)線部分的損耗△P3：四機(jī)組運(yùn)行時(shí)為152.6kW；五機(jī)組運(yùn)行時(shí)為145.2kW。

1.1.4 整流系統(tǒng)總損耗：△P=△P1+△P2+△P3

四機(jī)組運(yùn)行時(shí)為3900kW；

五機(jī)組運(yùn)行時(shí)為3674kW。

整流效率：η=（系列電壓*系列電流）/（系列電壓*系列電流+△P）。

整流系統(tǒng)整流效率（部分損耗在計(jì)算中未列入，計(jì)算整流效率較實(shí)際整流效率偏高）：

四機(jī)組運(yùn)行時(shí)為98.39%；

五機(jī)組運(yùn)行時(shí)為98.48%。

表1 電解啟停槽停電時(shí)間于整流效率

1.2 影響整流效率的因素

1.2.1 系列電壓

為分析系列電壓與整流效率之間的關(guān)系，篩選電解槽數(shù)、環(huán)境溫度相同的兩個(gè)月進(jìn)行對比（2017 年2 月與2016 年3 月運(yùn)行電解槽數(shù)265 臺，環(huán)境溫度相同），曲線見附圖，由圖可見，相同條件下系列電壓越低，整流效率越低，而系列電壓取決于單槽電壓，因此整流效率的下降與電解生產(chǎn)降槽電壓有關(guān)。

圖1 2017 年2 月與2016 年3 月電解槽數(shù)于環(huán)境溫度情況對比

1.2.2 環(huán)境溫度

為分析環(huán)境對整流效率的影響，篩選電解槽數(shù)相同，環(huán)境溫度差別較大的時(shí)期2016 年1 月和8 月的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從圖中可以看出溫度越高，整流效率越低。這是因?yàn)閷?dǎo)線為正溫度系數(shù)材料，環(huán)境溫度升高、負(fù)荷增加等因素使導(dǎo)線溫度升高時(shí)會引起熱損耗增加，但實(shí)際運(yùn)行中不能為降低此項(xiàng)損耗而使設(shè)備低溫運(yùn)行 ，因?yàn)檫^低的溫度會導(dǎo)致變壓器等充油設(shè)備密封件老化加快，引起變壓器滲漏，帶來安全隱患。因此實(shí)際運(yùn)行中盡量調(diào)整冷卻設(shè)備使整流設(shè)備保持在一定溫度范圍。

圖2 2016 年1 月和9 月環(huán)境溫度差別對比

1.2.3 電解啟停槽或緊急停電

電解啟停電解槽或緊急停電時(shí)整流效率會有所下降，電解緊急停電30min，當(dāng)天整流效率下降2%，而且停電時(shí)間越長，整流效率下降幅度越大，所以在電解停電操作時(shí)供電車間盡量與電解及中調(diào)及時(shí)溝通，以縮短停電時(shí)間。

2 計(jì)量系統(tǒng)整流效率分析

2.1 總直流互感器現(xiàn)狀

200kA 總直流互感器是2005 年5 月安裝使用的，該互感器的溫差漂移較大（理論計(jì)算值溫差升高10 攝氏度，整流效率降低0.3%）在2015 年、2017 年進(jìn)行過調(diào)試、但溫漂每年變化幅度在0.2-0.5%之間。溫差導(dǎo)致的飄逸似的互感器的穩(wěn)定性很難保證。

（1）2015 年總互感器校驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表2 2015 年總互感器校驗(yàn)數(shù)據(jù)

（2）2017 年總互感器校驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表3 2017 年總互感器校驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 計(jì)量系統(tǒng)影響整流效率因素分析

（1）總進(jìn)線電量計(jì)量誤差。

（2）動力變電量計(jì)量誤差。

（3）總直流互感器電流、電壓計(jì)量誤差。

總進(jìn)線表每三個(gè)月現(xiàn)場檢驗(yàn)一次，誤差為0.2%可忽略不計(jì)。動力變220kV 側(cè)計(jì)量表計(jì)為綜合測試儀7700，該表無法校驗(yàn)，但與10kV 側(cè)計(jì)量表計(jì)7330 相比對，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，可忽略其誤差。電壓計(jì)量表每年進(jìn)行定檢，影響可以忽略不計(jì)。影響整流效率最大的因素為總直流互感器的誤差及溫度溫漂，但2017 年3 月校驗(yàn)時(shí)，該表誤差符合0.5 級。但從2011 年～2017 年整流效率的數(shù)據(jù)看（在其它條件不變的情況下）該互感器隨著運(yùn)行時(shí)間增加有偏低的趨勢。（大致每年降低0.05%～0.5%左右，2017 年降幅為0.7%）。

3 結(jié)語

通過以上分析，可以明確的看出影響整流效率的因素，因此為了有效提高整流效率，降低能耗，設(shè)備選型時(shí)選擇高效節(jié)能設(shè)備可以有效降低損耗，提升整流效率。在后期運(yùn)行過程中，加強(qiáng)計(jì)量表計(jì)的效驗(yàn)維護(hù)可以提升計(jì)量準(zhǔn)確度，確保整流效率計(jì)算精準(zhǔn)可靠。