35kA/500V非同相逆并联整流单元浅析

0 引言
2004年以来，国内三家氯碱企业先后从ABB公司引进了直降大电流晶闸管整流机组，单台整流器电流20kA，动态稳流O．1％、整流效率高于98%，无接点、可靠性高，运行经济效益显著，但进口价格昂贵，交货周期长。

2005年7月由西安中电变压整流器厂与江苏安邦电化有限公司联合开发生产的单机容量达35 kA／500V，采用5英寸晶闸管的非同相逆并联整流器，属于国内首创。并于2005年8月20日在江苏安邦电化有限公司投运成功。经过3个多月运行，系统的整体性能达到上世纪90年代国际同类产品水平，可靠性高，维修量小，稳流O．1％、整流效率高于98％，噪音、均流等指标接近同期的ABB产品，完全可以取代同类进口产品，而投资仅为引进ABB产品的1／7。

1 大功率晶闸管整流电源系统
1.1 整流电源技术要求
系统电流 60 kA；
系统电压 500V；
稳流0．1％；
整流效率>98％。

l.2 整流系统配置
针对上述技术要求，经过充分调研论证，确定整流系统由2台35 kV直降非同相逆并联整流变压器(江西变压器厂生产)、2台额定输出为35kA／500 V晶闸管整流装置以及一套计算机控制系统(南瑞生产)组成。

系统共有2套整流机组，每组由1台移相自耦调压变压器(27级有载凋压)输出供2台整流变压器(Y／△、△／△)，三者共油箱，组成12脉波整流，该2套机组与原有的12脉波整流机组共同组成36脉波整流输出，以提高功率因数，降低谐波电流。整流电源系统结构图如所示。

2 30kA／5OOV晶闸管整流装置的特点
2.1 整流装置主体
1)整流电路由于采用轴对式整流桥臂联结结构，其母线布局简单、清晰，桥臂母线整流器件采用共阴、共阳布置。按三相桥6脉波整流布置，共用6根整流桥臂，水路也为6支回路。正面进行整流设备的维护，维护量也相对减少。
2)整流柜交流进线在整流柜背面A、B、C三相分上下排列，12根母排按1A+、lA一，1B+、lB一，lC+、1C一；2A+、2A一，2B+、2B一，2C+、2C一布置。结构上的特殊设计，使得整流变压器至整流柜的交流连接铜排大大缩短，既节省了投资费用，又降低了整流设备的损耗，提高了整流效率。另外，交流阀侧进线通过轴对称设计，合理的交流进线布置可有效地改善沿长度方向的磁场分布，提高支路器件之间的电流均衡度，降低引线电抗和磁场损耗。
3)整流柜为框架结构，正面为铝合金推拉门，具有足够的机械强度，通过透明玻璃，可监视内部，便于维护和检修。整流柜进线铜排与变压器出线对应，整流柜、控制柜、操作台为户内式结构。
4)整流装置器件臂之间由于绝缘距离在800mm以上，并采用独有的绝缘自支撑结构，无须考虑其间的绝缘。
5)整流柜体发热部分采用隔磁材料，以避免涡流引起发热的情况。
6)对整流装置采取了整体加固措施，柜壳用弯板和型材焊接成整体结构，其机械强度优于拼装结构，使本装置的噪音和振动较有明显的降低。

2.2 自动稳流控制系统
2.2．1 数字调节触发控制系统
1)系统采用运算处理、状态显示、远程控制、全双工通讯、信息交换、数字调节器(PID，无振荡无超调，响应时间O.02s)、数字触发器、数字移相控制、自动限位与综合保护于一体，系统采用两个16位单片计算机80C196KC，8位单片机89C5l一个及若干个超大规模逻辑可编程集成电路，输出6路带调制的触发脉冲，性能可靠，抗干扰能力强，运行稳定，调节维护方便。精心设计的控制软件、调节器软件、触发器软件保证了系统的可靠运转，其完善的通讯功能有机地实现了智能化、自动化管理。
2)控制器可设置系统电流，避免整流装置过负荷运行。
3)系统设置软启动功能，由上位机或人机界面预设定直流输出电流值，启动后输出电流缓慢线性变化至所需值。
4)系统具有掉电自恢复及回零保护功能：当PT丢失l路或PT全失2s时间内，控制系统脉冲可保持掉电前状态，不影响整流器工作；当高压系统缺相时(规定时间内不恢复)，给定信号自动回零，避免高压重合闸时产生冲击电流。
5)给定电位由计算机或人机界面数字设定，并光电隔离以增强系统的抗干扰能力。
6)通过数字跟踪控制板的脉冲角位置(有显示)，自动调整有载开关调档。
7)调节器PI参数，初始定相角和限幅角等参数可现场整定、储存，主电路与控制电路相位可直接通过控制器界面或PC机确定。
8)每台数字触发系统上各设置RS一485通讯接口，采用通讯网的方式向中央微机控制系统传递信息。

2.2.2 显示
包括直流电流、直流电压、控制角及调节触发器各种状态显示，整流柜故障显示。

3 PC上位机自动化控制系统
1)计算机控制系统，配置了完善的整流自动化监控管理软件，负责对整个系统的监控和操作，包括完成对35 kV开关、整流变压器、整流装置、纯水冷却器等模拟量、开关量的检测，显示、记录及打印状态参数，并对整流设备进行升降电流及升降档位的操作。计算机实时显示的数据有网侧交流电压、交流电流、交流有功功率和功率因数，阀侧交流电压、直流电压、直流电流、直流电流给定、整流控制角、整流变压器油温，纯水冷却器的水压及水温，整流柜进水压力及出水温度等。
2)实时显示的状态信息有高压断路器分合状态、过电流报警状态、欠水压报警、反馈掉线保护、触发脉冲丢失或同步信号缺相保护、母线过热、母线绝缘及电解槽接地保护等。记录48 h内的历史资料，即直流电压Ud、直流电流，Id、直流功率Pd、直流电能Pd· h；交流网侧电压U、U2、交流网侧输入电流，Il、交流网侧有功功率P1、交流网侧有功电能kW·h和交流位移因数cosψ。24h内的历史曲线包括直流电流、直流电压、整流控制角变化的历史曲线，交流电压U1、U2、交流电流和位移因数变化的历史曲线，水压、水温、油温变化的历史曲线等。打印各种数据、曲线、报表、操作和事故记录。

4  调试和投运
机组并联直接带电解槽投运调试，整流器负荷均衡24h运行，一台整流器25 kA，其它负荷均衡24 h运行。经现场测试，整流装置晶闸管的均流系数均为0．98以上，电流稳流达到0 1％。投运后，运行正常，工作可靠，达到技术要求。

5 结语
本整流器稳流、均流系数、噪音等指标均达到或接近20世纪90年代国际水平，整流装置设计合理、技术先进、结构新颖，工作可靠，产品工艺水平同进日产品相当，其价格仅为国外引进的同类产品的l／7，完够取代进口的同类产品，是大型电解电源理想的更新换代设备。