基于国产整流装置及其控制系统的性能特点

冬1988

从上世纪80年代中期开始，国内一些铝厂先后从富士，ABB，siemens，Alsthom等公司引进了电解铝工业用整流设备，这不仅使我国电解铝工业得到了迅速发展，而且也促进了我国电化学整流设备技术水平的提高，同时也给国内电解铝用整流设备制造行业带来了巨大商机。经过近二十年的运行，目前该类设备大部分处于超龄服役，于是将进口整流设备加以改造的想法便提上了议事日程。鉴于各厂的情况，有些厂家将全套整流设备(包括变压器、整流装置)全部更换为国产设备，有些则保留了变压器而将整流装置加以改造。对于后者，由于变压器的出线形式决定了整流装置的结构，因此，改造后的整流设备也只能采取原来的电路结构。同时由于饱和电抗器绕组结构的差别，使得与之配套的控制系统也不同于国产饱和电抗器的控制方式。
　　
1 电路简介
　　
　　以中铝公司青海分公司九号机组改造为例，由四套整流机组构成4×56 kA、1150 V的电解系列，其整流机组(包括变压器、整流装置及其控制系统)为Siemens AG公司生产(见图1)。由于在引进时预留了一台变压器，一直处于闲置状态，青铝公司为了整流设备运行的相对可靠性，于2003年决定由我所为该变压器配置了一套整流装置。该装置自投运以来，由于原变压器为非同相逆并联结构，致使整流主柜出现不少发热点。虽几经整改，但效果仍然不及同相逆并联结构理想。在对控制系统的改造中，出现了稳流控制输出接口与Siemens饱和电抗器端口无法匹配的情况。

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　　由图1可见，整流变压器为Y／Y△联接，其中Y／△联接组对应图l(b)中所示整流桥。二次测Y和△两绕组每个整流臂分别设有一套电流互感器作为电流测量保护之用，并未提供更多的互感器输出接口，因此控制电路无法获得交流电流取样(Siemens整流装置两组桥的电流取样，分别由整流机组内各整流桥臂上的电流互感器得到)。Y、△两组整流桥所对应的饱和电抗器分别由一对输出端子控制即(2a，2b)及(3a，3b)，见图1(a)，这与国内饱和电抗器的绕制方式有着明显的区别。通常国内饱和电抗器控制绕组是按照三套设计：其中一套用干榨制回路．一套用于偏移回路，另外一套作为备用。这三套绕组在结构和匝数上完全相同，可以互换使用；与国外饱和电抗器绕组最大区别是直流阻抗较低(通常小于0．1Ω)。Siemens生产的饱和电抗器绕组的直流阻抗较高，约为1n，差别非常大。由于原变压器的交流电流互感器的原因，无法独立取得Y、△两组整流桥交流输入电流的大小，只能从整流机组总直流互感器取得输出直流电流的大小。由上述可知，因无法单独获取Y、△两组整流桥的交、直电流而只能取得两组整流桥总直流电流，因此要实现对该整流机组的稳流控制，只能将Y组饱和电抗器绕组与△组饱和电抗器绕组串接起来同时进行控制。控制电路如图2所示。

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　　国内设备的控制方式(见图3)与进口设备控制方式的区别在于：国内设备采用两个独立电路即控制回路和偏移回路。这两个控制回路分别对应一组整流桥(A桥或B桥)中的两个饱和电抗器绕组，这两套绕组可以单独调整，它们之间没有直接电连接。电流取样通常有两种方式：一种是通过交流电流互感器取样，整流变换后得到。一种是通过本桥输出侧直流电流互感器取得，二者互为备用。而将要改造的整流机组是采用单一电流取样(总直流电流)，单一饱和电抗器绕组控制(将Y桥与△桥饱抗绕组串联起来)。同时为了增加饱和电抗器的调压深度，需要在饱和电抗器绕组中施加一个反向电流，使得饱和电抗器磁化曲线处于负向低点，扩大调节范围。因此，在电路设计中须将二极管整流桥与可控整流桥反向并联起来，实现在同一绕组内正反向电流的同时输出。为了克服由于反向并联引起的环流，必须在各自的回路中增加适当的阻抗，尽量减少两种电流的相互影响。同时由于控制回路的直流阻抗较大，为了获得足够的控制电流，控制电源变压器的电压等级也明显不同于国内配套设备。
　　
2 性能特点
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: w9 B5 \+ |% d# ]　　由于饱和电抗器控制回路的直流阻抗非常大，在参考了Siemens原设备的相关参数后，将饱和电抗器的正向激磁电流与反向激磁电流的最大输出值分别控制在9A和6A左右。为了方便调节正、反向激磁电流的大小，在电路上专门设置了两台三相调压器，分别调整正、反向激磁电流，避免了由于回路阻抗的偏差导致正、反向激磁电流的大小难以准确整定的现象。这一优点在实际使用中也得到了充分的体现。在调试过程中根据电解槽效应大小逐次调整正、反向激磁电流的大小，使之达到最佳的运行点。最终将正向激磁电流整定为4～5A(无阳极效应时)，反向激磁电流整定为5A。通过实际试验，饱和电抗器的调压深度可以达到60V，基本满足‘广电解生产的要求。
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　　在相关资料不全面，数据不详细的情况下，进行了系统改造，实现了自动稳流，运行效果良好。但是，该套控制系统仍然存在着一些缺陷：其一，未能实现Y、△两绕组独立电流取样，致使无法对两组整流桥独立进行控制，实现电流的均衡调整；其二，由于缺少交流电流取样，致使无法实现交、直电流反馈互备，给设备运行留下不可靠因素,

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国内设备的控制方式与进口设备控制方式的区别在于：国内设备采用两个独立电路即控制回路和偏移回路