崔樂，閆現(xiàn)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(xiàn)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(shè)備的選擇方案，闡述了其節(jié)能、高效的性能。

整流裝置；節(jié)能；安全

整流裝置是將交流電轉(zhuǎn)變成直流電的裝置，大容量整流機(jī)組被廣泛應(yīng)用于電解鋁、煉鋼和電解食鹽水等冶金、化工行業(yè)。近年來，隨著傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、通訊技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)和分布式信息處理等技術(shù)的發(fā)展，整流設(shè)備的穩(wěn)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(jié)能、環(huán)保、安全的理念，對6萬t/a離子膜燒堿整流設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，該工程于2009年順利投產(chǎn)。

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(guān)、傳感器等設(shè)備組成見圖1。

圖1 整流裝置系統(tǒng)圖

2 整流變壓器

整流變壓器將高電壓電網(wǎng)的正弦交流電壓變換為整流裝置所需相數(shù)的低電壓，并通過調(diào)節(jié)相位角來改善交流側(cè)及直流側(cè)的電流。盛華公司采用ZHSFT—9400∕35型變壓器，1臺調(diào)變和2臺整變共油箱“主調(diào)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(yōu)質(zhì)高導(dǎo)磁晶粒取向硅鋼片，具有45°全斜接縫無沖孔步進(jìn)式碼式制結(jié)構(gòu)，這種特殊材料結(jié)構(gòu)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(cè)多采用半鐘罩式側(cè)面出線，在閥側(cè)出線端子周圍采取不導(dǎo)磁鋼板結(jié)構(gòu)，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(dá)到了98.8%。有載檔位開關(guān)采用華明SHM系列開關(guān)，共23檔，調(diào)壓范圍為70%～105%，其開關(guān)操作時(shí)間為4.4 s，開關(guān)在額定容量下觸頭壽命達(dá)20萬次以上，機(jī)械壽命為80萬次以上。電動操作機(jī)構(gòu)采用三相異步電動機(jī)，避免了單相電機(jī)因啟動電容而頻發(fā)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(jī)組中，整流柜是核心部分，利用晶閘管單向?qū)щ姷男再|(zhì)將三相工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榭烧{(diào)穩(wěn)定的直流電。該公司選用九江整流器廠生產(chǎn)的KHS-2×8.5 kA/470 V整流裝置，整流柜技術(shù)具有如下特點(diǎn)。

（1）采用單套12脈沖整流調(diào)節(jié)控制方式，整流器單機(jī)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(wǎng)諧波含量，減少諧波在電網(wǎng)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(wěn)流精度±0.5%。

（5）功率因數(shù)≥0.92。

整流柜采取三相橋式全波整流，隨著整流裝置單機(jī)容量的增大，整流裝置的閥側(cè)母排電流也隨之增加，這些電流產(chǎn)生的磁力線在周圍金屬結(jié)構(gòu)中形成電動勢，造成渦流損耗；整流柜內(nèi)大量的非線性組件極易在電路中產(chǎn)生高次諧波和電流浪涌現(xiàn)象，這些畸形電流容易對晶閘管產(chǎn)生干擾，使絕緣降低、互感器的精度降低。采用“同相逆并聯(lián)”技術(shù)，要求變壓器閥側(cè)的1個(gè)線圈分為2個(gè)線圈，這樣增加了整流柜的等效相數(shù)，使每一項(xiàng)的諧波分量大大減少。同相逆并聯(lián)使用的是并聯(lián)的同相位極性相反的兩根母線排，導(dǎo)體中產(chǎn)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(shù)。

KZX-10是最新型計(jì)算機(jī)自動化的晶閘管整流機(jī)組控制柜。采用SIEMENS高檔系列PLC模塊作為網(wǎng)絡(luò)管理器，以zl-200人機(jī)接口軟件為基礎(chǔ)，綜合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了與上位機(jī)和POD人機(jī)接口的通信。在新型整流柜中，將KZX10-12晶閘管數(shù)字穩(wěn)流控制器替代全數(shù)字控制板作為機(jī)組穩(wěn)流控制核心，使線路高度集成化，系統(tǒng)擴(kuò)展為完全獨(dú)立的全數(shù)字化雙通道余熱備用設(shè)計(jì)，當(dāng)數(shù)控器出現(xiàn)“外部失強(qiáng)觸發(fā)”時(shí)，備用機(jī)會自動切換，不僅簡化了電路，也使系統(tǒng)的穩(wěn)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(wěn)流系統(tǒng)主要由JM810數(shù)控器、JM301交流交換器、JM360觸發(fā)電源等功能單元組成。

JM810數(shù)控器主要負(fù)責(zé)功放觸發(fā)、穩(wěn)流調(diào)節(jié)、雙數(shù)字信號備用監(jiān)控以及人機(jī)接口操作和數(shù)據(jù)通訊等任務(wù)，采用先進(jìn)的軟硬件控制技術(shù)及數(shù)字算法，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字調(diào)節(jié)、觸發(fā)及控制保護(hù)功能，其原理見圖2。

圖2 數(shù)控器總原理圖

同步信號是觸發(fā)信號的時(shí)間參考值，對同步的目的是使調(diào)節(jié)板與整流柜的相位一致，“對同步”與初始定相調(diào)節(jié)是相關(guān)的，這2項(xiàng)調(diào)試將保證輸出與同步之間的正確對應(yīng)關(guān)系。在整流裝置中，由于晶閘管受觸發(fā)脈沖導(dǎo)通，觸發(fā)不同步時(shí)，未導(dǎo)通的晶閘管呈現(xiàn)出高阻態(tài)承受高電壓，可能造成晶閘管熱擊穿。數(shù)控器的數(shù)字觸發(fā)器是將2路同步信號經(jīng)濾波、整形處理后送至MCU的2個(gè)高速輸入端口，MCU經(jīng)過數(shù)字濾波及數(shù)字鎖相環(huán)等程序處理，精確檢測出三相同步波形1個(gè)周期內(nèi)的6個(gè)換相時(shí)間，再調(diào)整觸發(fā)導(dǎo)通角，計(jì)算出當(dāng)前觸發(fā)脈沖時(shí)刻值。數(shù)控器同時(shí)接入2路同步信號，與板上標(biāo)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(rèn)信號，當(dāng)失同步和發(fā)生故障時(shí)，能夠自動切換，同步電壓信號由35 kV互感器引入，利用大網(wǎng)的穩(wěn)定性，確保了同步信號的準(zhǔn)確率。數(shù)控器同步電路圖見圖3。

JM301交流變換器主要對回饋信號進(jìn)行變換，使來自交流CT側(cè)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(jīng)三相整流后轉(zhuǎn)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(huán)調(diào)節(jié)控制使用。JM360觸發(fā)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(tǒng)中，為觸發(fā)脈沖的功率放大級提供直流工作電源，使觸發(fā)脈沖的幅值、功率滿足門極觸發(fā)要求。

系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行取決于準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)信號在傳輸過程中很容易受到周圍磁場、非線性組件產(chǎn)生的諧波和雷電的干擾出現(xiàn)誤報(bào)警，甚至引起反饋失真，給生產(chǎn)帶來影響。因此，安裝中不但采用了屏蔽性好、合理的布線設(shè)計(jì)來減少干擾，而且新設(shè)備中還加入了多種抗干擾濾波技術(shù)，采用高效的完整數(shù)字PI算法，充分發(fā)揮MCU數(shù)字運(yùn)算處理優(yōu)勢，對電流數(shù)據(jù)信號進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并作數(shù)字濾波運(yùn)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(jī)組和極化電源柜

圖3 數(shù)控器同步電路圖

圖4 濾波電路

在整流系統(tǒng)中，整流柜處于核心位置，水冷機(jī)組在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行中尤為重要。該公司選用的LSS-125B型純水機(jī)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(shè)計(jì)，2泵互為工作或備用。設(shè)計(jì)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(fā)生故障，另一水泵自動投入工作，換向閥自動換向并發(fā)生信號，可不停機(jī)對故障泵進(jìn)行檢修。為防止純水受容器管道污染而導(dǎo)致水質(zhì)下降，主機(jī)主循環(huán)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(zhì)處理設(shè)備，能有效保證高純度水質(zhì)，使水壓更穩(wěn)定，純水和副水之間的泄漏問題也大大減少，避免了主機(jī)管道的結(jié)垢等現(xiàn)象。機(jī)組與整流控制柜相連，上傳水壓、水溫、流量、液位等信息，達(dá)到自動控制的目的。

離子膜電解裝設(shè)極化電源的技術(shù)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(wǎng)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(shí)，為電解提供1個(gè)正向極化電流，起到了保護(hù)電槽的作用。

5 直流大電流傳感器和直流刀開關(guān)

HLZ-B大電流傳感器具有精度高、低耗能的特點(diǎn)，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(jié)構(gòu)是1個(gè)有n個(gè)氣隙的環(huán)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(guān)附近，遠(yuǎn)離了變壓器強(qiáng)大的電磁干擾。

HD28-25直流橋式刀閘，在結(jié)構(gòu)上采用U型連桿彈簧壓緊機(jī)構(gòu)，各個(gè)觸點(diǎn)相互獨(dú)立調(diào)整，通過調(diào)節(jié)彈簧，使各個(gè)觸點(diǎn)間的壓力平衡，動靜觸點(diǎn)采用特殊結(jié)構(gòu)，分合時(shí)無相對滑動，提高了觸點(diǎn)壽命；動橋臂相互獨(dú)立，便于維修保養(yǎng)。

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