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)集團開元化工有限責任公司 ， 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)集團開元化工有限責任公司 ， 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。

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

0 前言

目前，各國在發(fā)展大功率硅整流器的過程中，研究和采用了各種對策，例如：以英國GEC公司、德國SIEMENS及AEG公司為代表，為了避免引出線端周圍和整流器柜體局部發(fā)熱，普遍采用非磁性材料，如用鋁質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，同時又作為框架的結構)。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，采用了同相逆并聯的接線方式。它使往復的導體近距離布置，由于往復導體流過的電流大小相等而方向相反(即把同屬一相，而在任何時候電位相差180°的橋臂導電排靠在一起，當然，必須留有一定的安全距離)，使之各自產生的交變磁場相互抵消。因此，它從根本上解決了因大電流而產生的交變磁場所帶來的一系列問題[1-3]。目前，國內幾家具有一定規(guī)模和品牌的整流器生產廠和變壓器生產廠的產品也是采用了雙反星形帶平衡電抗器同相逆并聯的接線方式配套而生產的，只是其輸出的直流電流和直流電壓參數不同(根據訂貨要求而定)。

1 雙反星形帶平衡電抗器整流電路

對氯堿企業(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，則電流的每個通路要經過兩相整流臂，于是就會產生兩倍的管壓降損耗，相對來說其效率就較低，通過整流臂的平均電流為1/3Ifz(Ifz為負載電流，即電解槽電流)。若Ifz很大時，則要求每條整流臂并聯的整流二極管數量較多。如此一來，對并聯的各只整流二極管的均流度及保護都帶來了不便。故不宜采用三相橋式整流電路。目前，國內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(二次側)有兩套三相繞組，每套都接成三相星形，而兩個星形對應相的感應電勢相位相反，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極側(如圖1a)，或正極側(如圖1b)。第二類為陽極形換相組的形式，同一換相組整流臂Zb的陽極端連接在一起，而平衡電抗器接入兩個換相組之間，也可以位于整流電路的正極側(如圖1c)，或負極側(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帶來不便。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極側裝設平衡電抗器的接線形式應用最為普遍。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)實現同相逆并聯接線的技術要求。

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結方式，整流變壓器二次繞組的每相端子和對應的整流臂相連接。六個整流臂的陰極連在一起，構成直流輸出回路 的正極。平衡電抗器PK是一串聯后兩端分別與整流變壓器的中點N1、N2相連接，中點N抽出，構成直流輸出回路的負極(如圖2a)。從圖2a中可以看出，兩個星形之間有平衡電抗器時，兩個星形并聯工作，此時平衡電抗器的作用相當于兩個星形之間的均壓器。換言之，由于有平衡電抗器的作用，使得 兩個星形繞組出力均等，每條整流橋臂承受負載電流的1/6Ifz倍。雙反星形帶平衡電抗器整流電路是一個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 同相逆并聯接線方式

2.1 三相橋式同相逆并聯接線

以三相橋式接線為例，其中如圖4為普通接線，圖5為同相逆并聯接線。當變壓器二次側有兩組線圈，由于同一相的兩個線圈在外面并聯連接通過反方向電流的兩根導線，稱同相逆并聯。

圖4 普通三相橋整流電路

圖5 三相橋同相逆并聯整流電路

圖6 同相逆并聯兩根導體磁場相互抵消原理圖

由圖5可見，同一相的兩根相鄰導線以及整流橋臂在同一瞬間流過大小相等、方向相反的電流(即同一相不同換相的正負橋臂緊靠在一起)，當兩根導線非常接近時，那么它們所產生的交變磁場幾乎完全相互抵消，如圖6所示。當電流愈大時，整流變壓器二次引線磁通愈強，同相逆并聯效果愈顯著。

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、反方向放置的關系，所以a1和a2、b1和b2、c1和c2分別同時導電，但電流方向相反。

2.2 雙反星形帶平衡電抗器同相逆并聯接線

如圖7為典型的雙反星形帶平衡電抗器同相逆并聯接線原理圖(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、反方向接入的關系，使得c1和c2導電時間相差180°， z1和z2導電時間也相差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、反方向接入的關系，使得c1和z1同時導電，而電流方向相反。同理，c2和z2也同時導電，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 同相逆并聯母線尺寸的距離

為獲得良好的同相逆并聯接線效果，則導電排的幾何尺寸a與b和間距d之間的關系必須滿足b/a≥5，b/d≥4，同時d不應少于30 mm，其尺寸及距離見圖8。導電排的尺寸與間距應兼顧導電排的加工、機械強度、安裝和運行時的可靠性、穩(wěn)定性及安全性。與相鄰不同各相的導電排及周圍鐵磁材料保持較大的距離。

圖8 同相逆并聯母線尺寸圖

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連接實例

公司目前有八套整流裝置，額定電流16.2 kA，已投運五年，配套的是藍星北京化工機械廠制造的年產20萬t燒堿的離子膜電解槽，整流機組均采用雙反星形帶平衡電抗器同相逆并聯的接線方式。整流變壓器二次側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，而實際上卻是由多只整流二極管并聯組成)。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、反方向安裝的關系，使得c3和c2同時導電，電流大小相等而方向相反(其余繞組亦然)。結果，它們所產生的交變磁場相互抵消，減少了電抗壓降和連接銅排及橋臂的發(fā)熱耗能現象，提高了變電效率。從公司目前的用電情況來看，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的接線方式，使電能能夠真正用在生產上，沒有造成不必要的電能損耗。因此，公司110 kV電壓級配電系統(tǒng)的功率因數能長期保持在0.97～0.98，各用電參數都在正常范圍內。同樣，對于整流設備而言，整流變壓器的運行溫度一般在50～55 ℃，整流器的溫度一般為35～40 ℃。由此可見，引起太大的發(fā)熱耗能現象沒有存在，從生產報表中亦反映出，各套整流器的變電效率都在99%左右，達到設計的要求。

圖8 同相逆并聯母線尺寸圖

3 結束語

從以上整流機組采用雙反星形帶平衡電抗器同相逆并聯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引線電抗壓降，顯著地提高整流機組的效率和功率因數。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，當同相逆并聯的兩根導體發(fā)生短路故障時，由于整流二極管反向電壓升高，并承受其短路電流，因此，對同相逆并聯的兩根導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總結[J].中國氯堿，2010(7)：7-9.

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

[3] 廖秀華.進一步提高國產可控硅整流器的應用水平[J].中國氯堿，2011(3)：20-23.

世界首套焦爐煙氣脫硫脫硝裝置投產

2015年11月6日，由中冶焦耐設計供貨(EP)的寶鋼湛江鋼鐵焦化項目焦爐煙氣凈化設施正式投產，標志著世界首套焦爐煙氣低溫脫硫脫硝工業(yè)化示范裝置正式誕生。

焦爐煙氣低溫脫硫脫硝是世界公認的技術難題。中冶焦耐經過大量的實地調研、理論分析、工藝比對，開發(fā)了“干/半干法脫硫+低溫脫硝除塵熱解析一體化技術與工藝”，針對性地解決焦爐煙道廢氣脫硫脫硝的技術難點，先進行煙氣脫硫，后除塵，然后低溫SCR脫硝，實現污染物達標排放。2015年6月，中冶焦耐正式簽訂寶鋼湛江焦爐煙氣凈化設施EP合同。該項目脫硝除塵熱解一體化裝置(De-NOxDedustingPyrolysisunit)作為核心設備兼具低溫脫硝、脫硫除塵、催化劑原位再生功能，應用了半干法脫硫與脫硝除塵聯合技術、脫硝反應器內氣流均布技術、氨氣/煙氣混合技術、脫硝催化劑單倉原位再生技術、焦爐煙道氣負壓控制技術、潔凈煙氣回配余熱利用技術等多項節(jié)能環(huán)保新技術。整套工藝流程無廢水產生，脫硫副產物可由相關化工廠家回收或直接排放，符合當前環(huán)保要求和煙氣治理的技術發(fā)展趨勢。目前，裝置各系統(tǒng)運行正常。裝置達產后，二氧化硫、氮氧化物排放量分別小于30、150 mg/m3，各項指標滿足國家《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》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，從事生產技術管理工作；聯系人：黃 健(1985-)，男，助理工程師，電話：13403902524。

TQ050.3

B

1003-3467(2015)11-0040-04