超高功率整流器短路電流的計算

摘要：超高功率整流器短路電流的計算對于其保護設(shè)計是必不可少的。本文通過一個實際的電化學(xué)工程項目，介紹了該超高功率整流器短路電流的計算方法，其計算值與實測值十分接近，證明了該計算方法的正確性。

關(guān)鍵詞：超高功率整流器;短路;短路電流計算

Calculation of Short Current of Superpower Rectifier

HUANG Da-hua, WU Tie-zheng

Abstract:It is necessary for the protection design of the superpower rectifier to calculate the short current. The calculation method of the short current for the superpower rectifier with the aid of a specific electrochemistry project is introduced. The calculated value approaches to the test value and the correctness of the calculation method is proved.

Keywords:Superpower rectifier; Short current; Calculation of short current

1 引言

眾所周知，電解鋁廠是能耗大戶。為了降低電解鋁的單產(chǎn)成本、便于集中治理其產(chǎn)生的環(huán)境污染與諧波污染、提高經(jīng)濟效益和社會效益，現(xiàn)在電解鋁工程的設(shè)計年產(chǎn)量越來越高（如100kt,甚至更高）。因此，整流電源的功率隨之也越來越大。為了降低輸電系統(tǒng)的損耗、保證交流供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對于單系列年產(chǎn)100kt及以上的電解鋁工程，整流電源設(shè)備的網(wǎng)側(cè)多采用AC220kV高壓供電。于是，整流電源的供電系統(tǒng)短路容量也越來越大。

對于超高功率的整流設(shè)備，閥側(cè)短路電流值與整流器件能夠承受的浪涌電流（或I2t）及快速熔斷器的極限分斷能力是息息相關(guān)的。三者之間的保護配合是否合理，直接關(guān)系到整流電源設(shè)備能否安全可靠地運行。

整流器件的浪涌電流（或I2t）與快速熔斷器的I2t都可以從其產(chǎn)品說明書中查到，但整流電源系統(tǒng)的短路電流值是查不到的。整流電源系統(tǒng)的短路電流值取決于整流系統(tǒng)的短路阻抗和電力系統(tǒng)的阻抗之和，而后者又與電力系統(tǒng)的運行狀況和短路容量有關(guān)。因此，為了合理地選配整流器件和快速熔斷器的有關(guān)參數(shù)、并使之滿足系統(tǒng)保護的要求，必須計算整流設(shè)備的最大短路電流值。

本文以我國一個單系列年產(chǎn)140kt電解鋁的整流電源系統(tǒng)的實際數(shù)據(jù)為例，計算其橋臂短路（閥側(cè)短路）電流值和直流側(cè)短路電流值。整流電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及有關(guān)電氣參數(shù)，如圖1所示。

圖1 整 流 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 和 技 術(shù) 參 數(shù)

2 整流電源系統(tǒng)短路阻抗計算

2.1 調(diào)壓變壓器阻抗

2.1.1 電阻分量RTB

1）根據(jù)文獻[1]，按短路損耗（折算至整流變壓器閥側(cè)）計算，其電阻分量RTB為：

RTB=△PTD/3(IZ2N)2

=463.06×103/3(4×15102)2

=0.042×10－3Ω=0.042mΩ

式中：△PTD——調(diào)壓變壓器短路損耗(額定容量下、油溫75℃)；

IZ2N——整流變壓器閥側(cè)額定電流，

IZ2N=37000/(2×1.225)=15102A。

2）按繞組實測直流電阻（折算至整流變壓器閥側(cè)）計算RTB。

在油溫為18℃的條件下，調(diào)壓變壓器一次側(cè)（Y形連接）各相繞組直流電阻ROA、ROB和ROC的實測值為ROA=ROB=ROC=761mΩ；在油溫為18℃、調(diào)壓變壓器二次側(cè)有載開關(guān)在額定分接擋位（78擋）的條件下，調(diào)壓變壓器二次側(cè)（△形連接）各相之間直流電阻Rab、Rbc和Rca的實測值為Rab=Rbc=Rca=92mΩ，調(diào)壓變壓器的電阻分量RTB為：

RTB=ROA/(kTBkZB)2＋Rab/2kZB2

=761/(3.627×57.76)2＋92/2×57.762

=0.031mΩ

式中：kTB=3.627——調(diào)壓變壓器的電壓變比（有載開關(guān)在額定分接擋位78擋的條件下）；

kZB=57.76——整流變壓器的電壓變比。

考慮到調(diào)壓變壓器實際運行狀況，取RTB=0.042mΩ更符合實際情況。