整流裝置工作原理及試驗(yàn)方法分析

（焦作萬方鋁業(yè)股份有限公司動力分廠，河南 焦作 454000）

摘 要：對整流裝置的配置、工作原理、保護(hù)進(jìn)行了簡要介紹，對試驗(yàn)種類進(jìn)行分析，提出了改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：整流裝置 原理 "保護(hù) "故障 試驗(yàn)

電解整流系統(tǒng)主要由整流變壓器、整流柜、直流母線、主控系統(tǒng)、直流刀開關(guān)及純水冷卻系統(tǒng)和濾波裝置等組成。為保障電解系統(tǒng)正常生產(chǎn)，整流所一旦投入運(yùn)行就必須連續(xù)供電，是整個(gè)電解鋁系統(tǒng)的心臟。我廠下整流變壓器單臺容量分別為98930kVA/110kV（萬鋁變電所）、94360kVA/110kV（科冠變電所）、100200kVA/110kV（臥龍變電所）。每臺整流變壓器由一臺調(diào)壓變壓器（簡稱調(diào)變）、兩臺帶移相繞組的整流變壓器（含兩臺飽和電抗器，簡稱整變）組成。調(diào)變采用有載分接開關(guān)進(jìn)行的連續(xù)調(diào)壓和飽和電抗器組進(jìn)行的電壓細(xì)調(diào)。整變并聯(lián)運(yùn)行組成12脈波輸出。經(jīng)電抗器輸入整流柜。整流變壓器采用強(qiáng)油循環(huán)冷卻方式。

三相橋式整流電路原理主要用于大功率的整流電路。在三相橋式整流電路中共有六個(gè)二極管，其中D1、D3、D5為共陰極形式連接;D2、D4、D6為共陽極形式連接。 三相整流電路中各個(gè)二極管導(dǎo)電原則為二極管的陽極電位高于陰極電位二極管導(dǎo)電，反之不導(dǎo)電。如右圖，我們將三相波形按按每30°進(jìn)行時(shí)間段劃分，用1、2、3、4、5、6、7、…表示。在1時(shí)間段中A相電位最高，B相電位最低，因此二極管D1、D4導(dǎo)電，此段時(shí)間內(nèi)其他四個(gè)二極管均承受反向電壓而截止;同理時(shí)間段2二極管D1、D6導(dǎo)電，時(shí)間段3中D3、D6導(dǎo)電，時(shí)間段4D3、D2導(dǎo)電，時(shí)間段5D5、D2導(dǎo)電，時(shí)間段6D5、D5導(dǎo)電，時(shí)間段7D1、D4導(dǎo)電。如此三相整流電路中周而復(fù)始，電路狀態(tài)不斷重復(fù)，進(jìn)行著交流變直流的整流工作。

1 整流裝置工作原理

主要由整流柜、控制柜、水風(fēng)冷卻系統(tǒng)三部分組成。整流柜是裝置的心臟。整流柜擔(dān)負(fù)著交流電流的整流工作，整流變壓器的兩組低壓繞組之間相位差30°引入整流柜，整流柜內(nèi)每個(gè)橋臂由6個(gè)二極管在匯流銅排上直接并聯(lián)，這樣每柜共12個(gè)橋臂，有 72個(gè)元件運(yùn)行，可形成等效 12脈波。為了獲得較好的均流、減少渦流損耗，主回路采用了三相橋式整流，閥側(cè)引線為同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)。并聯(lián)支路的整流元件采用壓接結(jié)構(gòu)對稱分布，使每條支路都完全對稱。同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)保證了產(chǎn)生的交變磁通在同相逆并聯(lián)導(dǎo)體的外部相互抵消，減少各部分線路電抗，并增加相間、臂間阻抗的對稱性。每只硅元件串有快速熔斷器一只，快速熔斷器熔斷I2t值與元件相匹配，保證直流側(cè)短路及閥側(cè)短路時(shí)，在機(jī)組斷路器跳閘前， 硅元件不損壞，快熔不熔斷;過載150%一分鐘，硅元件不損壞， 快熔不熔斷;快熔熔斷時(shí)，本支路元件應(yīng)不爆裂;故障支路快熔熔斷時(shí)，臂內(nèi)硅元件不損壞， 快熔不熔斷。為抑制因分合閘引起的過電壓，整流變壓器閥側(cè)各相（整流柜接入側(cè)）裝設(shè)一組由快熔、三角形接法的壓敏電阻和星形接法的電容器構(gòu)成的操作過電壓保護(hù)回路。

整流柜的試驗(yàn)：整流柜試驗(yàn)大致可分為絕緣試驗(yàn)、均流試驗(yàn)和純水試驗(yàn)。

2 整流柜的絕緣試驗(yàn)

2.1 整流柜內(nèi)主回路的絕緣試驗(yàn)

用2500伏兆歐表測量主回路對框架的絕緣電阻應(yīng)不低于10MΩ;用1000伏兆歐表測量框架對地絕緣電阻不低于2MΩ。該項(xiàng)試驗(yàn)通常組裝出廠時(shí)進(jìn)行，組裝好的整流柜進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意要斷開或短封相關(guān)回路，以免損壞柜內(nèi)設(shè)備或影響測試數(shù)據(jù)。整流柜內(nèi)設(shè)有交流回路、單橋臂操作過電壓阻容吸收保護(hù)，在搖測絕緣時(shí)，應(yīng)將該回路與被測回路分離。主回路絕緣搖測時(shí)，要短封硅元件，以防元件擊穿。

2.2 整流柜的均流試驗(yàn)

大功率硅整流器在設(shè)計(jì)制造中都采用，在一個(gè)橋臂上并聯(lián)多個(gè)元件，以增大單個(gè)整流器直流輸出電流，整流所采用多臺整流器并聯(lián)運(yùn)行方式向電解生產(chǎn)提供足夠的系列大電流。提高整流柜均流系數(shù)對提高整流所的供電安全性以及運(yùn)行效率，減少整流器的損耗，節(jié)能降耗明顯。

整流柜均流試驗(yàn)是在正常運(yùn)行或電流升高的整流柜上測量各橋臂快熔兩端的毫伏壓降（mV），通過計(jì)算平均值與最大值的比值得到均流系數(shù)。在生產(chǎn)運(yùn)行中各整流所會根據(jù)自身的實(shí)際情況，制定檢查測試整流柜均流系數(shù)的周期，安排日常維護(hù)工作日程，對各柜的具體情況，要求的均流也略不相同。我公司制定測試整流柜均流系數(shù)的周期為三個(gè)月/次，280KA萬鋁變電所和科冠變電所由于各所整流柜臺數(shù)為5臺，均流系數(shù)要求為不低于0.50;280KA臥龍變電所整流柜臺數(shù)為4臺，均流系數(shù)要求為不低于0.70。在年度停機(jī)組檢修對均流系數(shù)進(jìn)行全面調(diào)試提高，從而增加機(jī)組的負(fù)載能力，以便在單機(jī)組故障停運(yùn)時(shí)仍能保證電解系列正常生產(chǎn)。

在實(shí)際檢測中均流不好的情況要具體對待，元件快熔性能、元件配置、外部特性都會引起均流系數(shù)不高。在保證均流系數(shù)測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的情況下，對壓降低的元件進(jìn)行壓緊以改善元件的導(dǎo)通性能，如果元件壓力（力矩扳扭矩設(shè)置為100N.M）達(dá)標(biāo)，應(yīng)參照均流系數(shù)測試數(shù)據(jù)對橋臂中壓降低的元件進(jìn)行位置調(diào)整;查明元件無故障時(shí)應(yīng)對快熔進(jìn)行檢查， 熔體長期運(yùn)行或高溫影響可導(dǎo)致其內(nèi)阻向壞的方面發(fā)展，應(yīng)將快熔在正常負(fù)荷下測出的兩端毫伏壓降值與相鄰支路快熔進(jìn)行參照分析，判斷快熔性能。

3 純水水阻試驗(yàn)

整流柜在運(yùn)行中產(chǎn)生大量熱量，依靠水風(fēng)冷裝置進(jìn)行散熱冷卻。對于作為冷卻介質(zhì)的純水水質(zhì)有著明確的要求。當(dāng)整流機(jī)組水質(zhì)低時(shí)，整流器水路部分的水嘴將受到嚴(yán)重腐蝕，縮短水嘴的使用壽命，引起水路滲漏，甚至引起水管脫落，發(fā)生事故。因此水阻至少要達(dá)到1000KΩ以上。當(dāng)?shù)陀谝蟮乃钑r(shí)應(yīng)能發(fā)出報(bào)警信號上傳上位機(jī)。我公司對純水水質(zhì)的監(jiān)測采用在線水阻測試儀和定期采集試驗(yàn)兩種方式。在線水阻測試儀在線監(jiān)測水阻值，由運(yùn)行人員巡視監(jiān)測;試驗(yàn)班純水測試周期為1次/3月，對純水水阻和在線水阻測試儀進(jìn)行監(jiān)測：在水阻高于1000KΩ時(shí)通知點(diǎn)檢站安排該機(jī)組水路檢修;在在線水阻測試儀顯示誤差大時(shí)，儀表組對該測試儀進(jìn)行檢修處理。

4 結(jié)語

以上是針對我廠整流柜檢修的一些經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)，通過對整流柜原理分析及試驗(yàn)驗(yàn)證，可及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)整流柜異常問題，保證設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]王海軍，霍乾濤，劉國華.提高整流裝置輸出電流能力的研究及試驗(yàn)驗(yàn)證[J].電氣傳動，2011（01）.

作者簡介：劉雷（1976-），女，河南焦作人，本科，鋁電行業(yè)電氣檢修。