整流系統選型需考慮的幾個問題

王永升

（中國石化股份有限公司齊魯分公司氯堿廠，山東 淄博 255411）

整流系統選型需考慮的幾個問題

王永升

（中國石化股份有限公司齊魯分公司氯堿廠，山東 淄博 255411）

通過對決定整流系統主要性能的幾個問題的論述，旨在將目前應用中有爭議、不足或較易忽視的問題進行理性的取舍，使新上整流系統相對安全可靠、高效節電，高性價比。

整流系統；功率因數；諧波；同向逆并聯；整流效率

新上整流系統時，有時在整流相數、功率因數、是否同向逆并聯、整流類型、控制方面等方面，由于在基礎依據并不充分的情況下選定方案，使得整流系統經常出現效率低下、浪費投資等情況。通過對整流系統的安全運行、效率、性價比相關問題的論述和合理解決，使整流系統協調、完美。

1 相關問題

1 整流相數

為了減輕整流電路高次諧波對電網的影響，通?？刹捎?2相、18相、24相，乃至36相及以上的多相整流電路。采用多相整流電路能改善功率因數，提高脈動頻率，使變壓器初級電流的波形更接近正弦波，從而顯著減少諧波的影響。理論上，隨著相數的增加，可進一步削弱諧波的影響，但投資增加。需根據如下因素確定相數。

（1）整流所電網公共連接點的最小短路容量；

（2）多臺整流變壓器的供電運行方式；

（3）整流所電網公共連接點已存在的諧波情況。

按照最小短路容量，對照相應的不同相數時整流裝置負載容量與電網短路容量的關系圖見圖1，以及整流器套數，大致確定相數范圍。

其次，依據最小短路容量、供電運行方式等供電系統參數，通過諧波計算軟件或MATLAB等仿真軟件的仿真，篩選出大致確定相數范圍內的、能滿足電網要求的最低相數。

最后，再根據國標GB/T14549—93《電能質量公用電網諧波》中不同諧波源的疊加計算方法，將整流所電網公共連接點已存在的諧波量與整流器新產生的諧波量疊加，只要總的諧波量滿足電網電壓總諧波畸變率允許值即可確定整流相數。

2 功率因數

功率因數表達式為：λ=ξ·cos（α+γ/2）

式中：λ為可控整流系統的功率因數；α為運行控制角；γ為換相重疊角；ξ為電流畸變系數，為實際電流與理想正弦波之間的差異，它與整流電路的脈波數（p）有關。

換相重疊角決定于變壓器的短路電壓Uk，隨運行控制角增大而減小[cos(α+γ)=cosα-(1-cosγ0)]，當Uk=8%，γ0=23°時，功率因數的計算列于表 1。

表1 不同控制角時的功率因數

從表1可看出，同一整流器，隨控制角的增大，其功率因數變??；同一控制角，隨整流相數的增加，其功率因數變大。隨著整流相數的增加，功率因數值越來越接近理想情況，這要求在整流相數已定的情況下，要考慮我們整流器運行功率因數的區間，然后依據功率因數的區間確定控制角的范圍。例如12相整流時，想把功率因數控制在0.9以上，此時的控制角應小于 19°（24相時應小于 22°），這樣，就為精確控制功率因數提供了理論依據。另外，整流相數較少時，需要有載調壓開關的級差較小。通過有載調壓開關與控制角的完美配合，便可實現功率因數的有效控制。

3 整流效率

整流系統的效率是由整流變壓器和整流柜的效率決定的，整流變壓器的效率一般為98%左右，設計值通常采用98%，提高至99%或者更高是可能的（可能需大規模地增加投資）。對整流柜來講，由于受SCR管壓降的限制，效率的提高受到一定限制，唯有通過采用合理的整流電路、選用合適的硅元件及緊湊的裝配方式來實現?，F在,一般的整流器自身的效率都可超過99%，如此的整流系統的變流效率應為98%×99%＝97%以上，否則，效率較低最可能的原因是工藝方案選擇不當，如4萬t/a燒堿裝置，隨輸出電流增加、電壓降低時，其效率較快降低，整流器輸出為43 kA×285 V、129 kA×95 V時，整流系統的變流效率分別為97%、94%。

所以，在確定工藝方案時，首先應保證整流效率為97%以上，這樣產品的能耗才能較低、才有競爭力。

4 同向逆并聯

同向逆并聯的優點是消除了磁場對外的影響，消除了整流器金屬外殼局部過熱；使并聯各回路的電抗值趨于相等，有利地改善均流度；減小了變壓器的電抗，相應地改善了功率因數。

并聯元器件越多、電流越大優點越突出。目前新上電槽一般都是離子膜電槽，其運行電流一般為15 kA左右 （國內較普遍的是北化機離子膜電槽，其正常運行電流為12.1 kA左右）。如此小的電流，磁場強度對外的影響較為有限，考慮檢修空間后，金屬整流柜的尺寸略大一點，就不會有局部過熱現象，況且現在的金屬整流柜都采取了截斷磁路的設計，有的干脆采用了非金屬材料。目前由于單只硅元件的容量較大，并聯的原件數很少，均流度很容易地做得較高，采用同向逆并聯來提高均流度已無必要，同向逆并聯雖能略減變壓器的等效電抗，對功率因數有改善，但效果不大。

總之，采用同向逆并聯雖有一些優點，但增加了變壓器、整流器的復雜程度、制造難度和設備數量，同時降低了整流系統的效率，增加了投資。權衡必要性、安全性、投資大小等方面，在離子膜電槽的直流供電中絕無必要采用同向逆并聯，而在其他需要大直流供電的場合還是很有必要的。

5 整流電路類型

大功率整流設備的電聯結有2種形式，雙反星形和三相橋式。從電路結構上看，雙反星形是2個三相半波電路的并聯，三相橋式是2個三相半波電路的串聯。在新上整流設備時，首先要對這2種電路進行比較。在直流輸出電壓、電流相同的情況下，其比較情況如表2所示。

從表2可知，雙反星形可控整流電路中SCR的用量少一半（相應的整流器造價要低一些），其正向功率損耗少一半，而且因為所用的SCR量少，設備出故障的概率也相應地減少，其缺點是所需變壓器的等值容量比較大，此外還要帶平衡電抗器，這就使得變壓器的造價高一些，結構也復雜一點。一般來說，所需整流器的直流輸出電壓小于300 V時，宜選用雙反星形的可控整流電路，否則宜選用三相橋式的可控整流電路。電壓遠低于300 V或遠高于300 V的整流器，按上述原則選擇整流電路是沒問題的。對于300 V左右的整流器，還是要將性價比、安全性綜合考慮后再確定。

表2 雙反星形與三相橋式整流電路的比較（在單個SCR額定電流相等的條件下）

6 控制方面

（1）整流器用去離子水循環泵，需有2 s的重合閘繼電器，避免380 V系統在欠壓切換時，引起去離子水泵瞬時欠壓跳閘，從而導致整流裝置停車。如圖2所示，去離子水循環泵正常有NO.1進線供電，NO.1進線欠壓時，跳進線、合母聯，有NO.2進線供電，其間，切換時間在2 s之內。相應的整流器控制程序內，須有對去離子水流量、壓力檢測的2 s之內不正常的允許，即相應的2 s的延時處理。如此，只有在2 s的波動之后，去離子水仍不正常時，才連鎖整流器停車，這樣就很好地解決了380 V供電系統的波動問題。

（2）隨著整流器保護功能的完善，保護動作依據故障的輕重，分為4種方式：報警（仍正常運行）、延時封鎖脈沖、立即封鎖脈沖、跳閘。需要注意的是，封鎖脈沖的選用一定要慎重且考慮周全，否則易出現次生事故。圖3為FRIEM公司的控制方案。正常運行時，開關 Q1、Q2合，Q3斷，除槽時，在除槽開關發出合Q3命令的同時，整流器封鎖脈沖，當Q3已合好的信號返回控制系統時，封鎖脈沖解除，整流器又正常輸出。一旦除槽不成功，整流器便一直封鎖脈沖，此時，生產中斷，進入停車處理程序，關閉電槽的物料進、出閥，除槽開關修好后、除槽成功，準備送電開車。復歸故障信息時，整流器封鎖脈沖突然解除，又正常輸出，此時如準備不足，易產生電槽鼓壞，損壞離子膜，甚至引起電槽爆炸的危險，故選用封鎖脈沖功能時，后備的保護措施要完備，如正常除槽3 s之內，超過5 s就連鎖跳閘等，總之要確保生產的安全。

7 結語

只要注意上述整流系統選型方面需注意的主要問題，新上整流系統的效率、性價比就比較高，同時安全、可靠性也有保證。整流器的穩流精度、均流系數等諸多整流器的技術指標雖然也很重要，但對全局的影響較小或常規整流器的技術指標已能滿足正常的生產需要。對于操作、控制方面的具體要求、改進及整流器技術指標的特殊要求可與整流器供應商協商解決，這些都是整流系統選型之后的工作。

Several problems needing attention in type selection of rectifying system

WANG Yong-sheng
(Chlor-alkali Plant of Qilu Co.,Ltd.,SINOPEC,Zibo 255411,China)

According to the discussion of several problems of the main property of rectifying system,the controversial,deficiency and neglect problems in application were to make a rational choice,and then the rectifying system was more safe,reliable,high efficient and power saving,and high price quality.

rectifying system;power factor;harmonics;cophase counter parallel connection;rectifying efficiency

TM461

B

1009－1785(2010)04－0008-03

2009-09-18