35kA/500V非同相逆并聯(lián)整流單元淺析
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關(guān)鍵詞：整流柜；三相橋；晶閘管；數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)
0 引言
2004年以來，國內(nèi)三家氯堿知名企業(yè)先后從ABB公司引進了直降大電流晶閘管整流機組，單臺整流器電流20kA，動態(tài)穩(wěn)流精度O．1％、整流效率高于98%，無接點、可靠性高，運行經(jīng)濟效益顯著，但進口價格昂貴，交貨周期長。
2005年7月由西安中電變壓整流器廠與江蘇安邦電化有限公司聯(lián)合開發(fā)生產(chǎn)的單機容量達35 kA／500V，采用5英寸晶閘管的非同相逆并聯(lián)整流器，屬于國內(nèi)首創(chuàng)。并于2005年8月20日在江蘇安邦電化有限公司一次投運成功。經(jīng)過3個多月運行，系統(tǒng)的整體性能達到上世紀90年代國際同類產(chǎn)品水平，可靠性高，維修量小，穩(wěn)流精度O．1％、整流效率高于98％，噪音、均流等指標接近同期的ABB產(chǎn)品，完全可以取代同類進口產(chǎn)品，而投資僅為引進ABB產(chǎn)品的1／7。
1 大功率晶閘管整流電源系統(tǒng)
1.1 整流電源技術(shù)要求
系統(tǒng)電流 60 kA；
系統(tǒng)電壓 500V；
穩(wěn)流精度0．1％；
整流效率>98％。
l.2 整流系統(tǒng)配置
針對上述技術(shù)要求，經(jīng)過充分調(diào)研論證，確定整流系統(tǒng)由2臺35 kV直降非同相逆并聯(lián)整流變壓器(江西變壓器廠生產(chǎn))、2臺額定輸出為35kA／500 V晶閘管整流裝置以及一套計算機控制系統(tǒng)(南瑞生產(chǎn))組成。
系統(tǒng)共有2套整流機組，每組由1臺移相自耦調(diào)壓變壓器(27級有載凋壓)輸出供2臺整流變壓器(Y／△、△／△)，三者共油箱，組成12脈波整流，該2套機組與原有的12脈波整流機組共同組成36脈波整流輸出，以提高功率因數(shù)，降低諧波電流。整流電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
2 30kA／5OOV晶閘管整流裝置的特點
2.1 整流裝置主體
1)整流電路由于采用軸對式整流橋臂聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)，其母線布局簡單、清晰，橋臂母線整流器件采用共陰、共陽布置。按三相橋6脈波整流布置，共用6根整流橋臂，水路也為6支回路。正面進行整流設(shè)備的維護，維護量也相對減少。
2)整流柜交流進線在整流柜背面A、B、C三相分上下排列，12根母排按1A+、lA一，1B+、lB一，lC+、1C一；2A+、2A一，2B+、2B一，2C+、2C一布置。結(jié)構(gòu)上的特殊設(shè)計，使得整流變壓器至整流柜的交流連接銅排大大縮短，既節(jié)省了一次投資費用，又降低了整流設(shè)備的損耗，提高了整流效率。另外，交流閥側(cè)進線通過軸對稱設(shè)計，合理的交流進線布置可有效地改善沿長度方向的磁場分布，提高支路器件之間的電流均衡度，降低引線電抗和磁場損耗。
3)整流柜為框架結(jié)構(gòu)，正面為鋁合金推拉門，具有足夠的機械強度，通過透明玻璃，可監(jiān)視內(nèi)部，便于維護和檢修。整流柜進線銅排與變壓器出線對應(yīng)，整流柜、控制柜、操作臺為戶內(nèi)式結(jié)構(gòu)。
4)整流裝置器件臂之間由于絕緣距離在800mm以上，并采用獨有的絕緣自支撐結(jié)構(gòu)，無須考慮其間的絕緣。
5)整流柜體發(fā)熱部分采用隔磁材料，以避免渦流引起發(fā)熱的情況。
6)對整流裝置采取了整體加固措施，柜殼用彎板和型材焊接成整體結(jié)構(gòu)，其機械強度優(yōu)于拼裝結(jié)構(gòu)，使本裝置的噪音和振動較有明顯的降低。
2.2 自動穩(wěn)流控制系統(tǒng)
2.2．1 數(shù)字調(diào)節(jié)觸發(fā)控制系統(tǒng)
1)系統(tǒng)采用運算處理、狀態(tài)顯示、遠程控制、全雙工通訊、信息交換、數(shù)字調(diào)節(jié)器(PID，無振蕩無超調(diào)，響應(yīng)時間O.02s)、數(shù)字觸發(fā)器、數(shù)字移相控制、自動限位與綜合保護于一體，系統(tǒng)采用兩個16位單片計算機80C196KC，8位單片機89C5l一個及若干個超大規(guī)模邏輯可編程集成電路，輸出6路帶調(diào)制的觸發(fā)脈沖，性能可靠，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定，調(diào)節(jié)維護方便。精心設(shè)計的控制軟件、調(diào)節(jié)器軟件、觸發(fā)器軟件保證了系統(tǒng)的可靠運轉(zhuǎn)，其完善的通訊功能有機地實現(xiàn)了智能化、自動化管理。
2)控制器可設(shè)置系統(tǒng)最大電流，避免整流裝置過負荷運行。
3)系統(tǒng)設(shè)置軟啟動功能，由上位機或人機界面預(yù)設(shè)定直流輸出電流值，啟動后輸出電流緩慢線性變化至所需值。
4)系統(tǒng)具有掉電自恢復(fù)及回零保護功能：當(dāng)PT丟失l路或PT全失2s時間內(nèi)，控制系統(tǒng)脈沖可保持掉電前狀態(tài)，不影響整流器工作；當(dāng)高壓系統(tǒng)缺相時(規(guī)定時間內(nèi)不恢復(fù))，給定信號自動回零，避免高壓重合閘時產(chǎn)生沖擊電流。
5)給定電位由計算機或人機界面數(shù)字設(shè)定，并光電隔離以增強系統(tǒng)的抗干擾能力。
6)通過數(shù)字精確跟蹤控制板的脈沖角位置(有顯示)，自動調(diào)整有載開關(guān)調(diào)檔。
7)調(diào)節(jié)器PI參數(shù)，初始定相角和最大限幅角等參數(shù)可現(xiàn)場整定、儲存，主電路與控制電路相位可直接通過控制器界面或PC機確定。
8)每臺數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)上各設(shè)置RS一485通訊接口，采用通訊網(wǎng)的方式向中央微機控制系統(tǒng)傳遞信息。
2.2.2 顯示
包括直流電流、直流電壓、控制角及調(diào)節(jié)觸發(fā)器各種狀態(tài)顯示，整流柜故障顯示。
3 PC上位機自動化控制系統(tǒng)
1)計算機控制系統(tǒng)，配置了完善的整流自動化監(jiān)控管理軟件，負責(zé)對整個系統(tǒng)的監(jiān)控和操作，包括完成對35 kV開關(guān)、整流變壓器、整流裝置、純水冷卻器等模擬量、開關(guān)量的檢測，顯示、記錄及打印狀態(tài)參數(shù)，并對整流設(shè)備進行升降電流及升降檔位的操作。計算機實時顯示的數(shù)據(jù)有網(wǎng)側(cè)交流電壓、交流電流、交流有功功率和功率因數(shù)，閥側(cè)交流電壓、直流電壓、直流電流、直流電流給定、整流控制角、整流變壓器油溫，純水冷卻器的水壓及水溫，整流柜進水壓力及出水溫度等。
2)實時顯示的狀態(tài)信息有高壓斷路器分合狀態(tài)、過電流報警狀態(tài)、欠水壓報警、反饋掉線保護、觸發(fā)脈沖丟失或同步信號缺相保護、母線過熱、母線絕緣及電解槽接地保護等。記錄48 h內(nèi)的歷史資料，即直流電壓Ud、直流電流，Id、直流功率Pd、直流電能Pd h；交流網(wǎng)側(cè)電壓U、U2、交流網(wǎng)側(cè)輸入電流，Il、交流網(wǎng)側(cè)有功功率P1、交流網(wǎng)側(cè)有功電能kWh和交流位移因數(shù)cosψ。24h內(nèi)的歷史曲線包括直流電流、直流電壓、整流控制角變化的歷史曲線，交流電壓U1、U2、交流電流和位移因數(shù)變化的歷史曲線，水壓、水溫、油溫變化的歷史曲線等。打印各種數(shù)據(jù)、曲線、報表、操作和事故記錄。
4 調(diào)試和投運
機組并聯(lián)直接帶電解槽投運調(diào)試，整流器負荷均衡24h運行，一臺整流器25 kA，其它負荷均衡24 h運行。經(jīng)現(xiàn)場測試，整流裝置晶閘管的均流系數(shù)均為0．98以上，電流穩(wěn)流精度達到0 1％。投運后，運行正常，工作可靠，達到技術(shù)要求。
5 結(jié)語
本整流器穩(wěn)流精度、均流系數(shù)、噪音等指標均達到或接近20世紀90年代國際水平，整流裝置設(shè)計合理、技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)新穎，工作可靠，產(chǎn)品工藝水平同進日產(chǎn)品相當(dāng)，其價格僅為國外引進的同類產(chǎn)品的l／7，完全能夠取代進口的同類產(chǎn)品，是大型電解電源理想的更新?lián)Q代設(shè)備。
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