整流裝置工作原理及試驗方法分析

（焦作萬方鋁業(yè)股份有限公司動力分廠，河南 焦作 454000）

摘 要：對整流裝置的配置、工作原理、保護進行了簡要介紹，對試驗種類進行分析，提出了改進建議。

關(guān)鍵詞：整流裝置 原理 "保護 "故障 試驗

電解整流系統(tǒng)主要由整流變壓器、整流柜、直流母線、主控系統(tǒng)、直流刀開關(guān)及純水冷卻系統(tǒng)和濾波裝置等組成。為保障電解系統(tǒng)正常生產(chǎn)，整流所一旦投入運行就必須連續(xù)供電，是整個電解鋁系統(tǒng)的心臟。我廠下整流變壓器單臺容量分別為98930kVA/110kV（萬鋁變電所）、94360kVA/110kV（科冠變電所）、100200kVA/110kV（臥龍變電所）。每臺整流變壓器由一臺調(diào)壓變壓器（簡稱調(diào)變）、兩臺帶移相繞組的整流變壓器（含兩臺飽和電抗器，簡稱整變）組成。調(diào)變采用有載分接開關(guān)進行的連續(xù)調(diào)壓和飽和電抗器組進行的電壓細(xì)調(diào)。整變并聯(lián)運行組成12脈波輸出。經(jīng)電抗器輸入整流柜。整流變壓器采用強油循環(huán)冷卻方式。

三相橋式整流電路原理主要用于大功率的整流電路。在三相橋式整流電路中共有六個二極管，其中D1、D3、D5為共陰極形式連接;D2、D4、D6為共陽極形式連接。 三相整流電路中各個二極管導(dǎo)電原則為二極管的陽極電位高于陰極電位二極管導(dǎo)電，反之不導(dǎo)電。如右圖，我們將三相波形按按每30°進行時間段劃分，用1、2、3、4、5、6、7、…表示。在1時間段中A相電位最高，B相電位最低，因此二極管D1、D4導(dǎo)電，此段時間內(nèi)其他四個二極管均承受反向電壓而截止;同理時間段2二極管D1、D6導(dǎo)電，時間段3中D3、D6導(dǎo)電，時間段4D3、D2導(dǎo)電，時間段5D5、D2導(dǎo)電，時間段6D5、D5導(dǎo)電，時間段7D1、D4導(dǎo)電。如此三相整流電路中周而復(fù)始，電路狀態(tài)不斷重復(fù)，進行著交流變直流的整流工作。

1 整流裝置工作原理

主要由整流柜、控制柜、水風(fēng)冷卻系統(tǒng)三部分組成。整流柜是裝置的心臟。整流柜擔(dān)負(fù)著交流電流的整流工作，整流變壓器的兩組低壓繞組之間相位差30°引入整流柜，整流柜內(nèi)每個橋臂由6個二極管在匯流銅排上直接并聯(lián)，這樣每柜共12個橋臂，有 72個元件運行，可形成等效 12脈波。為了獲得較好的均流、減少渦流損耗，主回路采用了三相橋式整流，閥側(cè)引線為同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)。并聯(lián)支路的整流元件采用壓接結(jié)構(gòu)對稱分布，使每條支路都完全對稱。同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)保證了產(chǎn)生的交變磁通在同相逆并聯(lián)導(dǎo)體的外部相互抵消，減少各部分線路電抗，并增加相間、臂間阻抗的對稱性。每只硅元件串有快速熔斷器一只，快速熔斷器熔斷I2t值與元件相匹配，保證直流側(cè)短路及閥側(cè)短路時，在機組斷路器跳閘前， 硅元件不損壞，快熔不熔斷;過載150%一分鐘，硅元件不損壞， 快熔不熔斷;快熔熔斷時，本支路元件應(yīng)不爆裂;故障支路快熔熔斷時，臂內(nèi)硅元件不損壞， 快熔不熔斷。為抑制因分合閘引起的過電壓，整流變壓器閥側(cè)各相（整流柜接入側(cè)）裝設(shè)一組由快熔、三角形接法的壓敏電阻和星形接法的電容器構(gòu)成的操作過電壓保護回路。

整流柜的試驗：整流柜試驗大致可分為絕緣試驗、均流試驗和純水試驗。

2 整流柜的絕緣試驗

2.1 整流柜內(nèi)主回路的絕緣試驗

用2500伏兆歐表測量主回路對框架的絕緣電阻應(yīng)不低于10MΩ;用1000伏兆歐表測量框架對地絕緣電阻不低于2MΩ。該項試驗通常組裝出廠時進行，組裝好的整流柜進行該項試驗時應(yīng)注意要斷開或短封相關(guān)回路，以免損壞柜內(nèi)設(shè)備或影響測試數(shù)據(jù)。整流柜內(nèi)設(shè)有交流回路、單橋臂操作過電壓阻容吸收保護，在搖測絕緣時，應(yīng)將該回路與被測回路分離。主回路絕緣搖測時，要短封硅元件，以防元件擊穿。

2.2 整流柜的均流試驗

大功率硅整流器在設(shè)計制造中都采用，在一個橋臂上并聯(lián)多個元件，以增大單個整流器直流輸出電流，整流所采用多臺整流器并聯(lián)運行方式向電解生產(chǎn)提供足夠的系列大電流。提高整流柜均流系數(shù)對提高整流所的供電安全性以及運行效率，減少整流器的損耗，節(jié)能降耗明顯。

整流柜均流試驗是在正常運行或電流升高的整流柜上測量各橋臂快熔兩端的毫伏壓降（mV），通過計算平均值與最大值的比值得到均流系數(shù)。在生產(chǎn)運行中各整流所會根據(jù)自身的實際情況，制定檢查測試整流柜均流系數(shù)的周期，安排日常維護工作日程，對各柜的具體情況，要求的均流也略不相同。我公司制定測試整流柜均流系數(shù)的周期為三個月/次，280KA萬鋁變電所和科冠變電所由于各所整流柜臺數(shù)為5臺，均流系數(shù)要求為不低于0.50;280KA臥龍變電所整流柜臺數(shù)為4臺，均流系數(shù)要求為不低于0.70。在年度停機組檢修對均流系數(shù)進行全面調(diào)試提高，從而增加機組的負(fù)載能力，以便在單機組故障停運時仍能保證電解系列正常生產(chǎn)。

在實際檢測中均流不好的情況要具體對待，元件快熔性能、元件配置、外部特性都會引起均流系數(shù)不高。在保證均流系數(shù)測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的情況下，對壓降低的元件進行壓緊以改善元件的導(dǎo)通性能，如果元件壓力（力矩扳扭矩設(shè)置為100N.M）達(dá)標(biāo)，應(yīng)參照均流系數(shù)測試數(shù)據(jù)對橋臂中壓降低的元件進行位置調(diào)整;查明元件無故障時應(yīng)對快熔進行檢查， 熔體長期運行或高溫影響可導(dǎo)致其內(nèi)阻向壞的方面發(fā)展，應(yīng)將快熔在正常負(fù)荷下測出的兩端毫伏壓降值與相鄰支路快熔進行參照分析，判斷快熔性能。

3 純水水阻試驗

整流柜在運行中產(chǎn)生大量熱量，依靠水風(fēng)冷裝置進行散熱冷卻。對于作為冷卻介質(zhì)的純水水質(zhì)有著明確的要求。當(dāng)整流機組水質(zhì)低時，整流器水路部分的水嘴將受到嚴(yán)重腐蝕，縮短水嘴的使用壽命，引起水路滲漏，甚至引起水管脫落，發(fā)生事故。因此水阻至少要達(dá)到1000KΩ以上。當(dāng)?shù)陀谝蟮乃钑r應(yīng)能發(fā)出報警信號上傳上位機。我公司對純水水質(zhì)的監(jiān)測采用在線水阻測試儀和定期采集試驗兩種方式。在線水阻測試儀在線監(jiān)測水阻值，由運行人員巡視監(jiān)測;試驗班純水測試周期為1次/3月，對純水水阻和在線水阻測試儀進行監(jiān)測：在水阻高于1000KΩ時通知點檢站安排該機組水路檢修;在在線水阻測試儀顯示誤差大時，儀表組對該測試儀進行檢修處理。

4 結(jié)語

以上是針對我廠整流柜檢修的一些經(jīng)驗和總結(jié)，通過對整流柜原理分析及試驗驗證，可及時有效發(fā)現(xiàn)整流柜異常問題，保證設(shè)備長期穩(wěn)定運行。

參考文獻(xiàn)：

[1]王海軍，霍乾濤，劉國華.提高整流裝置輸出電流能力的研究及試驗驗證[J].電氣傳動，2011（01）.

作者簡介：劉雷（1976-），女，河南焦作人，本科，鋁電行業(yè)電氣檢修。