閆利利 ， 黃 健

(焦作煤業(yè)集團(tuán)開(kāi)元化工有限責(zé)任公司 ， 河南 焦作 454191)

離子膜燒堿整流變壓器與硅整流器的節(jié)能連接方式

閆利利 ， 黃 健

(焦作煤業(yè)集團(tuán)開(kāi)元化工有限責(zé)任公司 ， 河南 焦作 454191)

介紹了氯堿企業(yè)中的整流變壓器與硅整流器之間的特殊連接方式，這種連接方式能夠減小電能的損耗、提高變電效率和功率因數(shù)。

硅整流器 ； 整流變壓器 ； 雙反星形帶平衡電抗器 ； 同相逆并聯(lián)接線原理 ； 電能損耗、變電效率和功率因數(shù)

0 前言

目前，各國(guó)在發(fā)展大功率硅整流器的過(guò)程中，研究和采用了各種對(duì)策，例如：以英國(guó)GEC公司、德國(guó)SIEMENS及AEG公司為代表，為了避免引出線端周?chē)驼髌鞴耋w局部發(fā)熱，普遍采用非磁性材料，如用鋁質(zhì)材料做變壓器的箱體，用不銹鋼或鋁材做整流柜骨架(也有用鋁作為整流柜的母線，同時(shí)又作為框架的結(jié)構(gòu))。而另一種方法，則是在整流器的一次接線方面著手，如以日本富士公司為代表，采用了同相逆并聯(lián)的接線方式。它使往復(fù)的導(dǎo)體近距離布置，由于往復(fù)導(dǎo)體流過(guò)的電流大小相等而方向相反(即把同屬一相，而在任何時(shí)候電位相差180°的橋臂導(dǎo)電排靠在一起，當(dāng)然，必須留有一定的安全距離)，使之各自產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)相互抵消。因此，它從根本上解決了因大電流而產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)所帶來(lái)的一系列問(wèn)題[1-3]。目前，國(guó)內(nèi)幾家具有一定規(guī)模和品牌的整流器生產(chǎn)廠和變壓器生產(chǎn)廠的產(chǎn)品也是采用了雙反星形帶平衡電抗器同相逆并聯(lián)的接線方式配套而生產(chǎn)的，只是其輸出的直流電流和直流電壓參數(shù)不同(根據(jù)訂貨要求而定)。

1 雙反星形帶平衡電抗器整流電路

對(duì)氯堿企業(yè)電解用的整流器而言，其輸出的直流電流較大，但直流電壓一般較低，若采用三相橋式接線，則電流的每個(gè)通路要經(jīng)過(guò)兩相整流臂，于是就會(huì)產(chǎn)生兩倍的管壓降損耗，相對(duì)來(lái)說(shuō)其效率就較低，通過(guò)整流臂的平均電流為1/3Ifz(Ifz為負(fù)載電流，即電解槽電流)。若Ifz很大時(shí)，則要求每條整流臂并聯(lián)的整流二極管數(shù)量較多。如此一來(lái)，對(duì)并聯(lián)的各只整流二極管的均流度及保護(hù)都帶來(lái)了不便。故不宜采用三相橋式整流電路。目前，國(guó)內(nèi)外廠家普遍采用的是雙反星形帶平衡電抗器的接線方式。所謂雙反星形，即整流變壓器的閥側(cè)(二次側(cè))有兩套三相繞組，每套都接成三相星形，而兩個(gè)星形對(duì)應(yīng)相的感應(yīng)電勢(shì)相位相反，故稱為雙反星。雙反星形帶平衡電抗器整流電路如圖1所示的兩大類形式：

第一類為陰極形換相組的形式，同一換相組整流臂Zb的陰極端連接在一起，而平衡電抗器則位于整流電路的負(fù)極側(cè)(如圖1a)，或正極側(cè)(如圖1b)。第二類為陽(yáng)極形換相組的形式，同一換相組整流臂Zb的陽(yáng)極端連接在一起，而平衡電抗器接入兩個(gè)換相組之間，也可以位于整流電路的正極側(cè)(如圖1c)，或負(fù)極側(cè)(如圖1d)。上述整流電路所具有的兩大類共四種形式，它們的基本原理無(wú)區(qū)別。在圖1b和圖1d的兩種形式中，因平衡電抗器都不接在雙反星形繞組的中點(diǎn)之間，因而給平衡電抗器和整流變壓器本體裝于同一油箱內(nèi)帶來(lái)不便。所以這兩種接線形式很少采用。而圖1a所示的陰極形換相組和在電路負(fù)極側(cè)裝設(shè)平衡電抗器的接線形式應(yīng)用最為普遍。如果圖1a所示的陰極換相組方案與圖1c所示的陽(yáng)極形換相組方案組合在一起，正好滿足了帶平衡電抗器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同相逆并聯(lián)接線的技術(shù)要求。

圖1 雙反星形帶平衡電抗器整流電路

圖2 雙反星形帶平衡電抗器整流電路

如圖2a所示為雙反星形帶平衡電抗器整流電路接線圖，其向量圖如圖2b所示。該整流電路采用單拍聯(lián)結(jié)方式，整流變壓器二次繞組的每相端子和對(duì)應(yīng)的整流臂相連接。六個(gè)整流臂的陰極連在一起，構(gòu)成直流輸出回路 的正極。平衡電抗器PK是一串聯(lián)后兩端分別與整流變壓器的中點(diǎn)N1、N2相連接，中點(diǎn)N抽出，構(gòu)成直流輸出回路的負(fù)極(如圖2a)。從圖2a中可以看出，兩個(gè)星形之間有平衡電抗器時(shí)，兩個(gè)星形并聯(lián)工作，此時(shí)平衡電抗器的作用相當(dāng)于兩個(gè)星形之間的均壓器。換言之，由于有平衡電抗器的作用，使得 兩個(gè)星形繞組出力均等，每條整流橋臂承受負(fù)載電流的1/6Ifz倍。雙反星形帶平衡電抗器整流電路是一個(gè)帶六脈波輸出的整流電路，其直流電壓曲線如圖3所示，圖中UO為整流器輸出直流電壓平均值。

圖3 雙反星形帶平衡電抗器整流電路直流輸出曲線圖

2 同相逆并聯(lián)接線方式

2.1 三相橋式同相逆并聯(lián)接線

以三相橋式接線為例，其中如圖4為普通接線，圖5為同相逆并聯(lián)接線。當(dāng)變壓器二次側(cè)有兩組線圈，由于同一相的兩個(gè)線圈在外面并聯(lián)連接通過(guò)反方向電流的兩根導(dǎo)線，稱同相逆并聯(lián)。

圖4 普通三相橋整流電路

圖5 三相橋同相逆并聯(lián)整流電路

圖6 同相逆并聯(lián)兩根導(dǎo)體磁場(chǎng)相互抵消原理圖

由圖5可見(jiàn)，同一相的兩根相鄰導(dǎo)線以及整流橋臂在同一瞬間流過(guò)大小相等、方向相反的電流(即同一相不同換相的正負(fù)橋臂緊靠在一起)，當(dāng)兩根導(dǎo)線非常接近時(shí)，那么它們所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)幾乎完全相互抵消，如圖6所示。當(dāng)電流愈大時(shí)，整流變壓器二次引線磁通愈強(qiáng)，同相逆并聯(lián)效果愈顯著。

從圖5中可知，其中a1、b1、c1和a2、b2、c2極性相反，但由于整流二極管正、反方向放置的關(guān)系，所以a1和a2、b1和b2、c1和c2分別同時(shí)導(dǎo)電，但電流方向相反。

2.2 雙反星形帶平衡電抗器同相逆并聯(lián)接線

如圖7為典型的雙反星形帶平衡電抗器同相逆并聯(lián)接線原理圖(注：圖中L1、L2為平衡電抗器)。從圖7中可以看到，c1和c2及z1和z2分別是同相，而且極性相同，但由于整流二極管正、反方向接入的關(guān)系，使得c1和c2導(dǎo)電時(shí)間相差180°， z1和z2導(dǎo)電時(shí)間也相差180°(其余各相亦然)。盡管c1和z1及c2和z2分別是同相，而且極性相反，但由于整流二極管正、反方向接入的關(guān)系，使得c1和z1同時(shí)導(dǎo)電，而電流方向相反。同理，c2和z2也同時(shí)導(dǎo)電，電流方向也是相反。

圖7 兩組變形雙反星形帶平衡電抗器整流原理圖

2.3 同相逆并聯(lián)母線尺寸的距離

為獲得良好的同相逆并聯(lián)接線效果，則導(dǎo)電排的幾何尺寸a與b和間距d之間的關(guān)系必須滿足b/a≥5，b/d≥4，同時(shí)d不應(yīng)少于30 mm，其尺寸及距離見(jiàn)圖8。導(dǎo)電排的尺寸與間距應(yīng)兼顧導(dǎo)電排的加工、機(jī)械強(qiáng)度、安裝和運(yùn)行時(shí)的可靠性、穩(wěn)定性及安全性。與相鄰不同各相的導(dǎo)電排及周?chē)F磁材料保持較大的距離。

圖8 同相逆并聯(lián)母線尺寸圖

2.4 帶平衡電抗器的整流變壓器與硅整流器采用雙反星形同相逆并聯(lián)連接實(shí)例

公司目前有八套整流裝置，額定電流16.2 kA，已投運(yùn)五年，配套的是藍(lán)星北京化工機(jī)械廠制造的年產(chǎn)20萬(wàn)t燒堿的離子膜電解槽，整流機(jī)組均采用雙反星形帶平衡電抗器同相逆并聯(lián)的接線方式。整流變壓器二次側(cè)與硅整流器的具體接線如圖9所示(注：圖中顯示每條整流橋臂接一只整流二極管，而實(shí)際上卻是由多只整流二極管并聯(lián)組成)。從圖9中可以看到，安裝在相鄰位置的c3與c2繞組屬同相，而且極性相反，但由于整流二極管正、反方向安裝的關(guān)系，使得c3和c2同時(shí)導(dǎo)電，電流大小相等而方向相反(其余繞組亦然)。結(jié)果，它們所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)相互抵消，減少了電抗壓降和連接銅排及橋臂的發(fā)熱耗能現(xiàn)象，提高了變電效率。從公司目前的用電情況來(lái)看，由于各套整流器均采用了雙反星形帶平衡電抗器同相逆并聯(lián)的接線方式，使電能能夠真正用在生產(chǎn)上，沒(méi)有造成不必要的電能損耗。因此，公司110 kV電壓級(jí)配電系統(tǒng)的功率因數(shù)能長(zhǎng)期保持在0.97～0.98，各用電參數(shù)都在正常范圍內(nèi)。同樣，對(duì)于整流設(shè)備而言，整流變壓器的運(yùn)行溫度一般在50～55 ℃，整流器的溫度一般為35～40 ℃。由此可見(jiàn)，引起太大的發(fā)熱耗能現(xiàn)象沒(méi)有存在，從生產(chǎn)報(bào)表中亦反映出，各套整流器的變電效率都在99%左右，達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。

圖8 同相逆并聯(lián)母線尺寸圖

3 結(jié)束語(yǔ)

從以上整流機(jī)組采用雙反星形帶平衡電抗器同相逆并聯(lián)接線整流電路的分析，我們可以看到，該整流電路可有效地減少整流變壓器二次側(cè)引線電抗壓降，顯著地提高整流機(jī)組的效率和功率因數(shù)。能有效地降低整流柜的溫升，改善整流管的均流度。但值得注意的是，當(dāng)同相逆并聯(lián)的兩根導(dǎo)體發(fā)生短路故障時(shí)，由于整流二極管反向電壓升高，并承受其短路電流，因此，對(duì)同相逆并聯(lián)的兩根導(dǎo)體間的絕緣度必須特別注意。

[1] 周芹剛，劉奎東，郭世杰.硅整流改為可控硅整流技術(shù)總結(jié)[J].中國(guó)氯堿，2010(7)：7-9.

[2] 李品芳.整流變壓器與硅整流器的連接方式[J].中國(guó)氯堿，2012(7)：3-4.

[3] 廖秀華.進(jìn)一步提高國(guó)產(chǎn)可控硅整流器的應(yīng)用水平[J].中國(guó)氯堿，2011(3)：20-23.

世界首套焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝裝置投產(chǎn)

2015年11月6日，由中冶焦耐設(shè)計(jì)供貨(EP)的寶鋼湛江鋼鐵焦化項(xiàng)目焦?fàn)t煙氣凈化設(shè)施正式投產(chǎn)，標(biāo)志著世界首套焦?fàn)t煙氣低溫脫硫脫硝工業(yè)化示范裝置正式誕生。

焦?fàn)t煙氣低溫脫硫脫硝是世界公認(rèn)的技術(shù)難題。中冶焦耐經(jīng)過(guò)大量的實(shí)地調(diào)研、理論分析、工藝比對(duì)，開(kāi)發(fā)了“干/半干法脫硫+低溫脫硝除塵熱解析一體化技術(shù)與工藝”，針對(duì)性地解決焦?fàn)t煙道廢氣脫硫脫硝的技術(shù)難點(diǎn)，先進(jìn)行煙氣脫硫，后除塵，然后低溫SCR脫硝，實(shí)現(xiàn)污染物達(dá)標(biāo)排放。2015年6月，中冶焦耐正式簽訂寶鋼湛江焦?fàn)t煙氣凈化設(shè)施EP合同。該項(xiàng)目脫硝除塵熱解一體化裝置(De-NOxDedustingPyrolysisunit)作為核心設(shè)備兼具低溫脫硝、脫硫除塵、催化劑原位再生功能，應(yīng)用了半干法脫硫與脫硝除塵聯(lián)合技術(shù)、脫硝反應(yīng)器內(nèi)氣流均布技術(shù)、氨氣/煙氣混合技術(shù)、脫硝催化劑單倉(cāng)原位再生技術(shù)、焦?fàn)t煙道氣負(fù)壓控制技術(shù)、潔凈煙氣回配余熱利用技術(shù)等多項(xiàng)節(jié)能環(huán)保新技術(shù)。整套工藝流程無(wú)廢水產(chǎn)生，脫硫副產(chǎn)物可由相關(guān)化工廠家回收或直接排放，符合當(dāng)前環(huán)保要求和煙氣治理的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。目前，裝置各系統(tǒng)運(yùn)行正常。裝置達(dá)產(chǎn)后，二氧化硫、氮氧化物排放量分別小于30、150 mg/m3，各項(xiàng)指標(biāo)滿足國(guó)家《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的特殊限制地區(qū)環(huán)保排放限值。

2015-09-21

閆利利(1980-)，女，助理工程師，從事生產(chǎn)技術(shù)管理工作；聯(lián)系人：黃 健(1985-)，男，助理工程師，電話：13403902524。

TQ050.3

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1003-3467(2015)11-0040-04