電解鋁行業整流效率影響要素分析

徐明磊

（青銅峽鋁業股份有限公司青銅峽鋁業分公司，寧夏 吳忠 751603）

整流效率是電解鋁生產的重要指標，分析清楚整流效率的影響因素，對于電解鋁生產中如何提高電能效率，做好節能降耗工作，有著巨大的促進作用。本文以某鋁廠200kA 電解系列為例，從供電整流系統、計量系統對整流效率的影響進行分析。鋁電解系列供電工藝過程：從220kV 交流電經過整流機組調壓變壓器及整流變壓器降至1050V 電壓后經過整流器整流出額定電壓1250V，額定電流200kA 的直流電，供電解車間使用。整流效率定義為（直流電壓×直流電流）÷電解用的交流電量×100%。具體分析情況如下。

1 供電車間整流系統對整流效率的影響分析

1.1 整流系統效率計算

1.1.1 變壓器部分的損耗△P1

基本參數：

系列電流：213kA；

系列電壓：1120V；

整流柜額定電流：37kA；

過載系數：β=（系列電流/機組數量）/（2*整流柜額定電流）；

四機組運行時β=0.719；

五機組運行時β=0.575；

變壓器空載損耗Po=147kW；

變壓器負載損耗Pf=1020kW；

變壓器損耗（整變+調變）△Pb=Po+β2Pf；

四機組運行時△Pb=674kW（674）；

五機組運行時△Pb=484kW（484）；

單機組飽和電抗器損耗：70kW；

單套無功補償裝置損耗：3.6kW。

變壓器部分的損耗△P1：四機組運行時為2990kW；

五機組運行時為2788kW。

1.1.2 整流裝置部分的損耗△P2（整流柜廠家提供）

（1）四機組運行時：

元件損耗：603kW；

快熔損耗：58.23kW；

母線損耗：64.9kW；

其他損耗：32kW；

合計：758.17kW。

（2）五機組運行時：

元件損耗：603kW；

快熔損耗：46.55kW；

母線損耗：51.9kW；

其他損耗：40kW；

合計：741kW。

整流柜部分的損耗△P2：四機組運行時為758.17kW；五機組運行時為741kW。

1.1.3 主電路連接導線的損耗△P3

此部分包括220kV 進線至變壓器架空輸電線路、變壓器與整流柜之間連接母線，整流柜輸出直流母線損耗。

架空輸電線路損耗：I2R ≈（712）2*0.000105=53kW。

交流母線損耗：四臺機組運行時：12.6kW；

五臺機組運行時：19kW。

直流引下線至直流分支母線：5.9kW。

主電連接導線部分的損耗△P3：四機組運行時為152.6kW；五機組運行時為145.2kW。

1.1.4 整流系統總損耗：△P=△P1+△P2+△P3

四機組運行時為3900kW；

五機組運行時為3674kW。

整流效率：η=（系列電壓*系列電流）/（系列電壓*系列電流+△P）。

整流系統整流效率（部分損耗在計算中未列入，計算整流效率較實際整流效率偏高）：

四機組運行時為98.39%；

五機組運行時為98.48%。

表1 電解啟停槽停電時間于整流效率

1.2 影響整流效率的因素

1.2.1 系列電壓

為分析系列電壓與整流效率之間的關系，篩選電解槽數、環境溫度相同的兩個月進行對比（2017 年2 月與2016 年3 月運行電解槽數265 臺，環境溫度相同），曲線見附圖，由圖可見，相同條件下系列電壓越低，整流效率越低，而系列電壓取決于單槽電壓，因此整流效率的下降與電解生產降槽電壓有關。

圖1 2017 年2 月與2016 年3 月電解槽數于環境溫度情況對比

1.2.2 環境溫度

為分析環境對整流效率的影響，篩選電解槽數相同，環境溫度差別較大的時期2016 年1 月和8 月的數據進行分析，從圖中可以看出溫度越高，整流效率越低。這是因為導線為正溫度系數材料，環境溫度升高、負荷增加等因素使導線溫度升高時會引起熱損耗增加，但實際運行中不能為降低此項損耗而使設備低溫運行 ，因為過低的溫度會導致變壓器等充油設備密封件老化加快，引起變壓器滲漏，帶來安全隱患。因此實際運行中盡量調整冷卻設備使整流設備保持在一定溫度范圍。

圖2 2016 年1 月和9 月環境溫度差別對比

1.2.3 電解啟停槽或緊急停電

電解啟停電解槽或緊急停電時整流效率會有所下降，電解緊急停電30min，當天整流效率下降2%，而且停電時間越長，整流效率下降幅度越大，所以在電解停電操作時供電車間盡量與電解及中調及時溝通，以縮短停電時間。

2 計量系統整流效率分析

2.1 總直流互感器現狀

200kA 總直流互感器是2005 年5 月安裝使用的，該互感器的溫差漂移較大（理論計算值溫差升高10 攝氏度，整流效率降低0.3%）在2015 年、2017 年進行過調試、但溫漂每年變化幅度在0.2-0.5%之間。溫差導致的飄逸似的互感器的穩定性很難保證。

（1）2015 年總互感器校驗數據。

表2 2015 年總互感器校驗數據

（2）2017 年總互感器校驗數據。

表3 2017 年總互感器校驗數據

2.2 計量系統影響整流效率因素分析

（1）總進線電量計量誤差。

（2）動力變電量計量誤差。

（3）總直流互感器電流、電壓計量誤差。

總進線表每三個月現場檢驗一次，誤差為0.2%可忽略不計。動力變220kV 側計量表計為綜合測試儀7700，該表無法校驗，但與10kV 側計量表計7330 相比對，數據穩定，可忽略其誤差。電壓計量表每年進行定檢，影響可以忽略不計。影響整流效率最大的因素為總直流互感器的誤差及溫度溫漂，但2017 年3 月校驗時，該表誤差符合0.5 級。但從2011 年～2017 年整流效率的數據看（在其它條件不變的情況下）該互感器隨著運行時間增加有偏低的趨勢。（大致每年降低0.05%～0.5%左右，2017 年降幅為0.7%）。

3 結語

通過以上分析，可以明確的看出影響整流效率的因素，因此為了有效提高整流效率，降低能耗，設備選型時選擇高效節能設備可以有效降低損耗，提升整流效率。在后期運行過程中，加強計量表計的效驗維護可以提升計量準確度，確保整流效率計算精準可靠。