基于国产整流装置及其控制系统性能特点

　　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。

　　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。

　　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
　　
　　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。
　　

　　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。本次与进口变压器配套设计的实践，为今后类似设备的改造取得了宝贵的经验。