提高離子膜法燒堿配套整流裝置cosФ的措施

孫書會，耿慶魯

(德州實華化工有限公司，山東 德州 253007 )

【供電與整流】

提高離子膜法燒堿配套整流裝置cosФ的措施

孫書會*，耿慶魯

(德州實華化工有限公司，山東 德州 253007 )

氯堿生產；整流裝置；功率因數；導通角

介紹了功率因數的定義。功率因數是整流裝置的一項主要技術經濟指標，是衡量電氣設備效率高低的系數。提出了提高離子膜法燒堿配套整流裝置cosФ的措施，并總結了德州實華化工有限公司的相關經驗。

為了將交流電能轉換成直流電能，氯堿企業都設置有一定數量的大功率整流裝置，用以變換電流，供電解裝置使用。以德州實華化工有限公司(以下簡稱“德州實華”)現有的17套整流裝置為例，耗電量超過10.5億kW·h/a，占總耗電量的80%左右。功率因數是整流裝置的一項主要技術經濟指標，它是衡量電氣設備效率高低的系數。較高的功率因數可有效地提高發電機及輸電設備的出力，提高電壓質量，降低電能的損耗，對電力系統的經濟運行具有非常重要的意義。氯堿整流裝置常用的整流電路主要有三相橋式同相逆并聯的排列整流電路和雙反星形帶平衡電抗器同相逆并聯的排列整流電路。三相橋式同相逆并聯的排列整流電路因整流元件承受峰值電壓低，變壓器利用率高且結構簡單而應用廣泛。由于氯堿企業整流裝置具有電流大的特點，其閥側母線電流所產生的交變磁場對周圍的鋼結構產生了磁滯和渦流損耗，使鋼結構溫度升高，增加了整流裝置的損耗，降低了功率因數。德州實華離子膜整流裝置投運初期，整流變的功率因數一直處于較低的水平，一般均在0.85～0.89。通過技術改造和日常管理手段來提高離子膜整流裝置功率因數，可達到運行經濟、節能降耗的目的。

1 三相橋式同相逆并聯整流及其控制系統

離子膜法燒堿整流裝置主要采用三相橋式同相逆并聯整流線路，由1臺整流變壓器帶2臺整流柜運行，每臺整流柜各帶一臺電解槽，整流元件為晶閘管，直流電流的調節以變壓器有載調壓開關為粗調，以晶閘管的相角控制為細調。其工作原理為：三相交流電壓經整流變壓器降壓后加至整流電路晶閘管的兩端，此時，按工藝要求，通過升降電流按鈕向控制器輸入一定的給定量，控制器按給定值輸出同步脈沖觸發信號，分別加至晶閘管的觸發極。同步脈沖觸發信號的移相范圍為0～120°，可最大范圍地調節直流電壓，控制直流電流的輸出。

2 影響整流設備功率因數的幾個方面

2.1整流裝置屬于非正弦設備

整流裝置的輸入功率為 3 部分：由系統電壓(正弦)與基波電流的乘積構成的有功功率及無功功率；由系統 電壓 (正弦)與畸變電流(各次諧波電流的綜合) 的乘積構成畸變功率。畸變功率對功率因數將產生影響。

2.2相控角增大，功率因數將降低[1]

當相控角增大時，在輸出電流不變的條件下，可控整流器將使無功功率、畸變功率隨之增加，而基波視在功率則保持不變，總視在功率將增加，所以功率因數將降低。對于整流設備的運行功率因數 cos Ф 可近似表示為：

cosФ = 1/2[cosα+ cos(α+μ)]。

(1)

其中：α是晶閘管整流電路控制角；μ為晶閘管整流電路換相重疊角。

由式(1)可知， 整流裝置的功率因數主要取決于整流電路控制角和換相重疊角。當控制角α和換相重疊角μ增大時，整流設備的cosФ 將明顯下降，而換相重疊角μ主要取決于變壓器及導電排的阻抗，其大小取決于設備的設計、制造及安裝。所以，合理地調整相控角，可以提高整流裝置功率因數，降低無功損耗。

2.3調壓開關和相控角

離子膜整流裝置的整流元件為大功率晶閘管，直流電流的調節以變壓器有載調壓開關為粗調，共27擋可調。以晶閘管的相角控制為細調，控制角的調節范圍為0～120°。當導通角過低時，可降低整流變壓器(以下簡稱“整流變”)調壓開關擋位，使得整流變閥側電壓降低，由于PI調節控制電路的作用，使導通角變大以維持輸出電流的穩定(反之，則導通角降低)。整流變調壓開關升降1擋，導通角變化為3°～4°。

考慮到系統電壓波動時，給自動控制留有一定的調整裕量，將相控角控制在5°～12°，此時導通角在133°～138°，接近150°較適宜。

3 提高整流裝置功率因數的技術措施

要提高可控硅整流裝置的功率因數，就要設法減小高次諧波、控制角α和換相重疊角μ。而可控硅整流裝置就是利用改變控制角α來調壓的。要獲得低電壓控制角α，就要往大調，以使功率因數降低。因此，要使可控硅整流裝置在低電壓下仍保持較高的功率因數，則必須采取下述技術措施。

3.1采用小控制角運行

對于需要長時間工作在低電壓下且相對穩定的負載，可采用改變整流變壓器的二次抽頭或采用星三角變換等方法降低變壓器二次側電壓，這樣，可控硅整流裝置輸出低電壓時，可在小控制角下工作；須輸出高電壓時，升高交流側的電壓，這樣，使可控硅整流裝置盡量運行在小控制角狀態。

3.2采用兩組變流器的串聯供電

對于大容量且電壓較高的負載，可采用兩組橋式電路串聯供電。當負載要求高電壓時，兩組橋式電路中的可控硅整流管均工作在小控制角的整流狀態。負載電壓為兩組直流電壓之和。當負載需要低電壓時，使一組橋式電路的可控硅整流管工作在小控制角的整流狀態，另一組工作在逆變狀態，或采用整流二極管代替可控硅晶閘管。這時，兩組整流橋的功率因數都比較高。當兩組橋式電路串聯工作時，兩臺變壓器的二次側繞組中的一組為星形接法，另一組為三角形接法。這樣，既可消除高次諧波，減小電流波形畸變，又可提高功率因數。

3.3增加整流電路的相數

整流電路的相數越多，電流中高次諧波的最低次數越高，且其幅值減小，畸變因數接近于 1，從而提高了功率因數。

3.4設置補償電容器

當補償電容器與可控硅整流裝置并聯時，會使功率因數得以改善。由于電路中存在高次諧波，如果電容與電路里的電感配合不當，就會產生諧振。因此，在補償電容器回路中往往串聯電抗器。合理選擇電感值，可防止產生諧振。

4 提高整流裝置功率因數的管理措施

提高整流裝置功率因數的管理措施有3項。

4.1開展“提高功率因數”勞動競賽活動

在離子膜中控崗位制定整流機組功率因數控制指標及考核辦法。提出明確的功率因數控制指標，即cosФ大于0.93，4.2完善微機管理制度

設置整流裝置功率因數的監測和報警的功能，利于崗位人員對功率因數進行及時調整，針對離子膜后臺通訊不暢的缺陷，一方面落實現場操作監控手段，另一方面及時進行了升級改造。

4.3調整整流裝置的參數

由于整流裝置的導通角控制上限(報警值)設置較低，使得整流裝置的平均cosФ遠低于預期。為了進一步提高離子膜整流裝置的功率因數，降低損耗，將整流裝置相控角控制下限(報警值)由10°改為5°，相應的整流裝置導通角控制上限(報警值)由140°改為145°。調整全部完成后，離子膜整流裝置的整體功率因數得到大幅度提升。

5 提高整流裝置cosФ的效果

通過加強對整流運行值班人員的技術培訓，提高其業務水平；同時，制定相關的制度和控制指標，以此督促中控值班人員加強監控、認真操作，根據系統電壓的變化及時調整整流變的擋位，使導通角處于較高的位置，提高功率因數，獲得了很好的經濟效益。

(1)實施提高整流裝置cosФ的措施后，cosФ從0.86提高到0.95，降低了線路輸送電流。以線損為例，德州實華離子膜電解用電量約為10.5億kW·h/a，其他用電量約為2.3億kW·h/a。補償前線損率約為5%，補償后功率因數從0.86提高到0.95,則可減少線損為：

128 000×5%×[1-(0.86÷0.01)2]=1 158.4萬(kW·h/a)。

電價按0.6元/(kW·h)計算,可節約電費：

1 158.4×0.6=695.04萬元。

如果加上供電公司對功率因數的獎勵85萬元，可節約電費開支：

695.04+85=780(萬元/a)。

(2)當功率因數從0.86提高到0.95，設備利用率提高了：

(0.95-0.86)÷0.86=10.5% 。

(3)提高功率因數后，可以減少設備投資，充分發揮設備潛能。

(4)提高功率因數，減少了電壓損失，降低電壓波動，有效改善供電質量。

6 結語

目前，德州實華離子膜整流裝置的規模越來越大，其所占公司用電負荷的比例也日益增加。因此，切實落實提高整流裝置功率因數的措施，對提高公司電網的供電質量，降低離子膜損耗，都具有非常重要的意義。

[1] 陳躍充, 李建科.合理控制導通角提高電解整流裝置功率因數[J].化工生產與技術，2006(3)：48-49.

[編輯：費紅麗]

MeasurestoincreasecosФofrectificationdevicesupportingion-exchangemembranecausticsodafacility

SUNShuhui,GENGQinglu

(Dezhou Shihua Chemical Indusrty Co., Ltd., Dezhou 253007, China)

chlor-alkali production; rectification device; power factor; conduction angle

The definition of power factor is introduced. Power factor is one of the main technical and economic indicators of rectification device, and is a coefficient of measuring the efficiency of electrical equipment. Measures to increase cosФ of rectification device supporting ion-exchange membrane caustic soda facility are put forward. Experience gained by Dezhou Shihua Chemical Co. Ltd. in increasing the cosФ are summarized.

TM46

B

1008-133X(2017)08-0001-03

孫書會(1972—)，男，電氣工程師，1996年7月畢業于華北電力大學電氣專業，多年來一直從事氯堿生產電氣與整流裝置的設計、安裝和改造。.

2017-06-01