6萬t/a離子膜整流裝置方案的選擇

崔樂，閆現峰

（河北盛華化工有限公司，河北張家口075000）

6萬t/a離子膜整流裝置方案的選擇

崔樂，閆現峰

（河北盛華化工有限公司，河北張家口075000）

介紹了離子膜整流裝置及配套設備的選擇方案，闡述了其節能、高效的性能。

整流裝置；節能；安全

整流裝置是將交流電轉變成直流電的裝置，大容量整流機組被廣泛應用于電解鋁、煉鋼和電解食鹽水等冶金、化工行業。近年來，隨著傳感器技術、微電子技術、通訊技術、嵌入式計算機技術和分布式信息處理等技術的發展，整流設備的穩定性、效率和自控水平也得到了提高。河北盛華化工有限公司本著高效、節能、環保、安全的理念，對6萬t/a離子膜燒堿整流設備進行技術改進，該工程于2009年順利投產。

1 離子膜整流裝置的組成

離子膜整流裝置主要由整流變壓器、整流柜、極化柜、大刀開關、傳感器等設備組成見圖1。

圖1 整流裝置系統圖

2 整流變壓器

整流變壓器將高電壓電網的正弦交流電壓變換為整流裝置所需相數的低電壓，并通過調節相位角來改善交流側及直流側的電流。盛華公司采用ZHSFT—9400∕35型變壓器，1臺調變和2臺整變共油箱“主調合一”方式，接線方式為Y-Y/△▽、Y-△/△▽，冷卻方式為NAF，整變移相角分別為0°和±10°，該型變壓器鐵芯采用優質高導磁晶粒取向硅鋼片，具有45°全斜接縫無沖孔步進式碼式制結構，這種特殊材料結構減少了鐵耗和漏磁，降低了噪聲。箱體采用箱蓋式頂部出線，閥側多采用半鐘罩式側面出線，在閥側出線端子周圍采取不導磁鋼板結構，以減少附加的磁滯損耗、渦流損耗以及因漏磁密度大而造成的局部過熱，使變壓器的效率達到了98.8%。有載檔位開關采用華明SHM系列開關，共23檔，調壓范圍為70%～105%，其開關操作時間為4.4 s，開關在額定容量下觸頭壽命達20萬次以上，機械壽命為80萬次以上。電動操作機構采用三相異步電動機，避免了單相電機因啟動電容而頻發的故障；采用智能型控制器三地控制，更利于DCS控制，3臺變壓器和電解槽采用“一拖一”方式。

3 整流柜

在整流機組中，整流柜是核心部分，利用晶閘管單向導電的性質將三相工頻交流電轉變為可調穩定的直流電。該公司選用九江整流器廠生產的KHS-2×8.5 kA/470 V整流裝置，整流柜技術具有如下特點。

（1）采用單套12脈沖整流調節控制方式，整流器單機組等效12脈波，2組6脈波的整流單元在電壓變比、阻抗壓降、控制角度、輸出功率方面都一一對稱，3臺為36脈波，有效地降低電網諧波含量，減少諧波在電網中傳輸危害。

（2）三相四線100 V PT同步電位信號。

（3）直流和交流反饋方式。

（4）自動穩流精度±0.5%。

（5）功率因數≥0.92。

整流柜采取三相橋式全波整流，隨著整流裝置單機容量的增大，整流裝置的閥側母排電流也隨之增加，這些電流產生的磁力線在周圍金屬結構中形成電動勢，造成渦流損耗；整流柜內大量的非線性組件極易在電路中產生高次諧波和電流浪涌現象，這些畸形電流容易對晶閘管產生干擾，使絕緣降低、互感器的精度降低。采用“同相逆并聯”技術，要求變壓器閥側的1個線圈分為2個線圈，這樣增加了整流柜的等效相數，使每一項的諧波分量大大減少。同相逆并聯使用的是并聯的同相位極性相反的兩根母線排，導體中產生的磁力線相互抵消，使母排的交流阻抗減小，降低渦流損耗，提高了功率因數。

KZX-10是最新型計算機自動化的晶閘管整流機組控制柜。采用SIEMENS高檔系列PLC模塊作為網絡管理器，以zl-200人機接口軟件為基礎，綜合先進的計算機控制通訊技術，實現了與上位機和POD人機接口的通信。在新型整流柜中，將KZX10-12晶閘管數字穩流控制器替代全數字控制板作為機組穩流控制核心，使線路高度集成化，系統擴展為完全獨立的全數字化雙通道余熱備用設計，當數控器出現“外部失強觸發”時，備用機會自動切換，不僅簡化了電路，也使系統的穩定性得到了提高，更有利于DCS自動控制。KZX10-12晶閘管整流裝置智能控制柜晶閘管穩流系統主要由JM810數控器、JM301交流交換器、JM360觸發電源等功能單元組成。

JM810數控器主要負責功放觸發、穩流調節、雙數字信號備用監控以及人機接口操作和數據通訊等任務，采用先進的軟硬件控制技術及數字算法，實現了數字調節、觸發及控制保護功能，其原理見圖2。

圖2 數控器總原理圖

同步信號是觸發信號的時間參考值，對同步的目的是使調節板與整流柜的相位一致，“對同步”與初始定相調節是相關的，這2項調試將保證輸出與同步之間的正確對應關系。在整流裝置中，由于晶閘管受觸發脈沖導通，觸發不同步時，未導通的晶閘管呈現出高阻態承受高電壓，可能造成晶閘管熱擊穿。數控器的數字觸發器是將2路同步信號經濾波、整形處理后送至MCU的2個高速輸入端口，MCU經過數字濾波及數字鎖相環等程序處理，精確檢測出三相同步波形1個周期內的6個換相時間，再調整觸發導通角，計算出當前觸發脈沖時刻值。數控器同時接入2路同步信號，與板上標注的A同步輸入相連的為主要工作同步信號；另一同步則可任意連接另外2路同步信號，它為控制器提供同步確認信號，當失同步和發生故障時，能夠自動切換，同步電壓信號由35 kV互感器引入，利用大網的穩定性，確保了同步信號的準確率。數控器同步電路圖見圖3。

JM301交流變換器主要對回饋信號進行變換，使來自交流CT側的輸入大電流信號，通過電流互感器變換成0.1 A的電流信號，再經三相整流后轉換成0～10 V的直流信號輸出，以提供交流等效測量及交流死循環調節控制使用。JM360觸發電源是將輸入的交流單相電壓，通過整流濾波變換成直流電壓輸出，在大容量晶閘管整流裝置控制系統中，為觸發脈沖的功率放大級提供直流工作電源，使觸發脈沖的幅值、功率滿足門極觸發要求。

系統的穩定運行取決于準確的數據，數據信號在傳輸過程中很容易受到周圍磁場、非線性組件產生的諧波和雷電的干擾出現誤報警，甚至引起反饋失真，給生產帶來影響。因此，安裝中不但采用了屏蔽性好、合理的布線設計來減少干擾，而且新設備中還加入了多種抗干擾濾波技術，采用高效的完整數字PI算法，充分發揮MCU數字運算處理優勢，對電流數據信號進行實時采樣，并作數字濾波運算處理。這些措施有效地抑制了高次諧波和雷電引起的尖峰電流的干擾，濾波電路圖見圖4。

4 純水機組和極化電源柜

圖3 數控器同步電路圖

圖4 濾波電路

在整流系統中，整流柜處于核心位置，水冷機組在系統穩定運行中尤為重要。該公司選用的LSS-125B型純水機組由換熱器組、泵組、離子交換器、管路、高位膨脹水箱及電氣控制等組成，采用雙泵組合設計，2泵互為工作或備用。設計中采用自動切換電路和自動換向閥門單路輸出。工作泵萬一發生故障，另一水泵自動投入工作，換向閥自動換向并發生信號，可不停機對故障泵進行檢修。為防止純水受容器管道污染而導致水質下降，主機主循環冷卻采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼及工程塑料制造，耐腐蝕性好，并裝有水質處理設備，能有效保證高純度水質，使水壓更穩定，純水和副水之間的泄漏問題也大大減少，避免了主機管道的結垢等現象。機組與整流控制柜相連，上傳水壓、水溫、流量、液位等信息，達到自動控制的目的。

離子膜電解裝設極化電源的技術已被普遍采用，其目的是防止電解槽突然斷電而造成的電槽極網脫落。該公司采用KHA-30 A/330 V雙電源極化柜，在電槽突然停電時，為電解提供1個正向極化電流，起到了保護電槽的作用。

5 直流大電流傳感器和直流刀開關

HLZ-B大電流傳感器具有精度高、低耗能的特點，功耗小于5VA，是一種采用霍爾組件作為檢測組件的直流傳感器。主要結構是1個有n個氣隙的環形磁路，能夠耐受脈沖沖擊和高次諧波的干擾，傳感器位于刀開關附近，遠離了變壓器強大的電磁干擾。

HD28-25直流橋式刀閘，在結構上采用U型連桿彈簧壓緊機構，各個觸點相互獨立調整，通過調節彈簧，使各個觸點間的壓力平衡，動靜觸點采用特殊結構，分合時無相對滑動，提高了觸點壽命；動橋臂相互獨立，便于維修保養。

Selection of 60 kt/a ionicmembrane rectifying devicesproject

CUILe,YANXian-feng
(HebeiShenghua Chemicaland Industry Co.,Ltd.,Zhangjiakou 075000,China)

Selection project of ionic membrane rectifying devices and its accessories was introduced.The energy savingand high efficiency propertywere discussed.

rectifying devices;energy saving;safety

book=1,ebook=283

TM402

B

1009－1785(2010)11－0001-03

2009-09-10