6万t/a离子膜整流装置方案的选择

崔乐，闫现峰

（河北盛华化工有限公司，河北张家口075000）

6万t/a离子膜整流装置方案的选择

崔乐，闫现峰

（河北盛华化工有限公司，河北张家口075000）

介绍了离子膜整流装置及配套设备的选择方案，阐述了其节能、高效的性能。

整流装置；节能；安全

整流装置是将交流电转变成直流电的装置，大容量整流机组被广泛应用于电解铝、炼钢和电解食盐水等冶金、化工行业。近年来，随着传感器技术、微电子技术、通讯技术、嵌入式计算机技术和分布式信息处理等技术的发展，整流设备的稳定性、效率和自控水平也得到了提高。河北盛华化工有限公司本着高效、节能、环保、安全的理念，对6万t/a离子膜烧碱整流设备进行技术改进，该工程于2009年顺利投产。

1 离子膜整流装置的组成

离子膜整流装置主要由整流变压器、整流柜、极化柜、大刀开关、传感器等设备组成见图1。

图1 整流装置系统图

2 整流变压器

整流变压器将高电压电网的正弦交流电压变换为整流装置所需相数的低电压，并通过调节相位角来改善交流侧及直流侧的电流。盛华公司采用ZHSFT—9400∕35型变压器，1台调变和2台整变共油箱“主调合一”方式，接线方式为Y-Y/△▽、Y-△/△▽，冷却方式为NAF，整变移相角分别为0°和±10°，该型变压器铁芯采用优质高导磁晶粒取向硅钢片，具有45°全斜接缝无冲孔步进式码式制结构，这种特殊材料结构减少了铁耗和漏磁，降低了噪声。箱体采用箱盖式顶部出线，阀侧多采用半钟罩式侧面出线，在阀侧出线端子周围采取不导磁钢板结构，以减少附加的磁滞损耗、涡流损耗以及因漏磁密度大而造成的局部过热，使变压器的效率达到了98.8%。有载档位开关采用华明SHM系列开关，共23档，调压范围为70%～105%，其开关操作时间为4.4 s，开关在额定容量下触头寿命达20万次以上，机械寿命为80万次以上。电动操作机构采用三相异步电动机，避免了单相电机因启动电容而频发的故障；采用智能型控制器三地控制，更利于DCS控制，3台变压器和电解槽采用“一拖一”方式。

3 整流柜

在整流机组中，整流柜是核心部分，利用晶闸管单向导电的性质将三相工频交流电转变为可调稳定的直流电。该公司选用九江整流器厂生产的KHS-2×8.5 kA/470 V整流装置，整流柜技术具有如下特点。

（1）采用单套12脉冲整流调节控制方式，整流器单机组等效12脉波，2组6脉波的整流单元在电压变比、阻抗压降、控制角度、输出功率方面都一一对称，3台为36脉波，有效地降低电网谐波含量，减少谐波在电网中传输危害。

（2）三相四线100 V PT同步电位信号。

（3）直流和交流反馈方式。

（4）自动稳流精度±0.5%。

（5）功率因数≥0.92。

整流柜采取三相桥式全波整流，随着整流装置单机容量的增大，整流装置的阀侧母排电流也随之增加，这些电流产生的磁力线在周围金属结构中形成电动势，造成涡流损耗；整流柜内大量的非线性组件极易在电路中产生高次谐波和电流浪涌现象，这些畸形电流容易对晶闸管产生干扰，使绝缘降低、互感器的精度降低。采用“同相逆并联”技术，要求变压器阀侧的1个线圈分为2个线圈，这样增加了整流柜的等效相数，使每一项的谐波分量大大减少。同相逆并联使用的是并联的同相位极性相反的两根母线排，导体中产生的磁力线相互抵消，使母排的交流阻抗减小，降低涡流损耗，提高了功率因数。

KZX-10是最新型计算机自动化的晶闸管整流机组控制柜。采用SIEMENS高档系列PLC模块作为网络管理器，以zl-200人机接口软件为基础，综合先进的计算机控制通讯技术，实现了与上位机和POD人机接口的通信。在新型整流柜中，将KZX10-12晶闸管数字稳流控制器替代全数字控制板作为机组稳流控制核心，使线路高度集成化，系统扩展为完全独立的全数字化双通道余热备用设计，当数控器出现“外部失强触发”时，备用机会自动切换，不仅简化了电路，也使系统的稳定性得到了提高，更有利于DCS自动控制。KZX10-12晶闸管整流装置智能控制柜晶闸管稳流系统主要由JM810数控器、JM301交流交换器、JM360触发电源等功能单元组成。

JM810数控器主要负责功放触发、稳流调节、双数字信号备用监控以及人机接口操作和数据通讯等任务，采用先进的软硬件控制技术及数字算法，实现了数字调节、触发及控制保护功能，其原理见图2。

图2 数控器总原理图

同步信号是触发信号的时间参考值，对同步的目的是使调节板与整流柜的相位一致，“对同步”与初始定相调节是相关的，这2项调试将保证输出与同步之间的正确对应关系。在整流装置中，由于晶闸管受触发脉冲导通，触发不同步时，未导通的晶闸管呈现出高阻态承受高电压，可能造成晶闸管热击穿。数控器的数字触发器是将2路同步信号经滤波、整形处理后送至MCU的2个高速输入端口，MCU经过数字滤波及数字锁相环等程序处理，精确检测出三相同步波形1个周期内的6个换相时间，再调整触发导通角，计算出当前触发脉冲时刻值。数控器同时接入2路同步信号，与板上标注的A同步输入相连的为主要工作同步信号；另一同步则可任意连接另外2路同步信号，它为控制器提供同步确认信号，当失同步和发生故障时，能够自动切换，同步电压信号由35 kV互感器引入，利用大网的稳定性，确保了同步信号的准确率。数控器同步电路图见图3。

JM301交流变换器主要对回馈信号进行变换，使来自交流CT侧的输入大电流信号，通过电流互感器变换成0.1 A的电流信号，再经三相整流后转换成0～10 V的直流信号输出，以提供交流等效测量及交流死循环调节控制使用。JM360触发电源是将输入的交流单相电压，通过整流滤波变换成直流电压输出，在大容量晶闸管整流装置控制系统中，为触发脉冲的功率放大级提供直流工作电源，使触发脉冲的幅值、功率满足门极触发要求。

系统的稳定运行取决于准确的数据，数据信号在传输过程中很容易受到周围磁场、非线性组件产生的谐波和雷电的干扰出现误报警，甚至引起反馈失真，给生产带来影响。因此，安装中不但采用了屏蔽性好、合理的布线设计来减少干扰，而且新设备中还加入了多种抗干扰滤波技术，采用高效的完整数字PI算法，充分发挥MCU数字运算处理优势，对电流数据信号进行实时采样，并作数字滤波运算处理。这些措施有效地抑制了高次谐波和雷电引起的尖峰电流的干扰，滤波电路图见图4。

4 纯水机组和极化电源柜

图3 数控器同步电路图

图4 滤波电路

在整流系统中，整流柜处于核心位置，水冷机组在系统稳定运行中尤为重要。该公司选用的LSS-125B型纯水机组由换热器组、泵组、离子交换器、管路、高位膨胀水箱及电气控制等组成，采用双泵组合设计，2泵互为工作或备用。设计中采用自动切换电路和自动换向阀门单路输出。工作泵万一发生故障，另一水泵自动投入工作，换向阀自动换向并发生信号，可不停机对故障泵进行检修。为防止纯水受容器管道污染而导致水质下降，主机主循环冷却采用1Cr18Ni9Ti不锈钢及工程塑料制造，耐腐蚀性好，并装有水质处理设备，能有效保证高纯度水质，使水压更稳定，纯水和副水之间的泄漏问题也大大减少，避免了主机管道的结垢等现象。机组与整流控制柜相连，上传水压、水温、流量、液位等信息，达到自动控制的目的。

离子膜电解装设极化电源的技术已被普遍采用，其目的是防止电解槽突然断电而造成的电槽极网脱落。该公司采用KHA-30 A/330 V双电源极化柜，在电槽突然停电时，为电解提供1个正向极化电流，起到了保护电槽的作用。

5 直流大电流传感器和直流刀开关

HLZ-B大电流传感器具有精度高、低耗能的特点，功耗小于5VA，是一种采用霍尔组件作为检测组件的直流传感器。主要结构是1个有n个气隙的环形磁路，能够耐受脉冲冲击和高次谐波的干扰，传感器位于刀开关附近，远离了变压器强大的电磁干扰。

HD28-25直流桥式刀闸，在结构上采用U型连杆弹簧压紧机构，各个触点相互独立调整，通过调节弹簧，使各个触点间的压力平衡，动静触点采用特殊结构，分合时无相对滑动，提高了触点寿命；动桥臂相互独立，便于维修保养。

Selection of 60 kt/a ionicmembrane rectifying devicesproject

CUILe,YANXian-feng
(HebeiShenghua Chemicaland Industry Co.,Ltd.,Zhangjiakou 075000,China)

Selection project of ionic membrane rectifying devices and its accessories was introduced.The energy savingand high efficiency propertywere discussed.

rectifying devices;energy saving;safety

book=1,ebook=283

TM402

B

1009－1785(2010)11－0001-03

2009-09-10