离子膜烧碱整流变压器与硅整流器的节能连接方式

闫利利 ， 黄 健

(焦作煤业集团开元化工有限责任公司 ， 河南 焦作 454191)

离子膜烧碱整流变压器与硅整流器的节能连接方式

闫利利 ， 黄 健

(焦作煤业集团开元化工有限责任公司 ， 河南 焦作 454191)

介绍了氯碱企业中的整流变压器与硅整流器之间的特殊连接方式，这种连接方式能够减小电能的损耗、提高变电效率和功率因数。

硅整流器 ； 整流变压器 ； 双反星形带平衡电抗器 ； 同相逆并联接线原理 ； 电能损耗、变电效率和功率因数

0 前言

目前，各国在发展大功率硅整流器的过程中，研究和采用了各种对策，例如：以英国GEC公司、德国SIEMENS及AEG公司为代表，为了避免引出线端周围和整流器柜体局部发热，普遍采用非磁性材料，如用铝质材料做变压器的箱体，用不锈钢或铝材做整流柜骨架(也有用铝作为整流柜的母线，同时又作为框架的结构)。而另一种方法，则是在整流器的一次接线方面着手，如以日本富士公司为代表，采用了同相逆并联的接线方式。它使往复的导体近距离布置，由于往复导体流过的电流大小相等而方向相反(即把同属一相，而在任何时候电位相差180°的桥臂导电排靠在一起，当然，必须留有一定的安全距离)，使之各自产生的交变磁场相互抵消。因此，它从根本上解决了因大电流而产生的交变磁场所带来的一系列问题[1-3]。目前，国内几家具有一定规模和品牌的整流器生产厂和变压器生产厂的产品也是采用了双反星形带平衡电抗器同相逆并联的接线方式配套而生产的，只是其输出的直流电流和直流电压参数不同(根据订货要求而定)。

1 双反星形带平衡电抗器整流电路

对氯碱企业电解用的整流器而言，其输出的直流电流较大，但直流电压一般较低，若采用三相桥式接线，则电流的每个通路要经过两相整流臂，于是就会产生两倍的管压降损耗，相对来说其效率就较低，通过整流臂的平均电流为1/3Ifz(Ifz为负载电流，即电解槽电流)。若Ifz很大时，则要求每条整流臂并联的整流二极管数量较多。如此一来，对并联的各只整流二极管的均流度及保护都带来了不便。故不宜采用三相桥式整流电路。目前，国内外厂家普遍采用的是双反星形带平衡电抗器的接线方式。所谓双反星形，即整流变压器的阀侧(二次侧)有两套三相绕组，每套都接成三相星形，而两个星形对应相的感应电势相位相反，故称为双反星。双反星形带平衡电抗器整流电路如图1所示的两大类形式：

第一类为阴极形换相组的形式，同一换相组整流臂Zb的阴极端连接在一起，而平衡电抗器则位于整流电路的负极侧(如图1a)，或正极侧(如图1b)。第二类为阳极形换相组的形式，同一换相组整流臂Zb的阳极端连接在一起，而平衡电抗器接入两个换相组之间，也可以位于整流电路的正极侧(如图1c)，或负极侧(如图1d)。上述整流电路所具有的两大类共四种形式，它们的基本原理无区别。在图1b和图1d的两种形式中，因平衡电抗器都不接在双反星形绕组的中点之间，因而给平衡电抗器和整流变压器本体装于同一油箱内带来不便。所以这两种接线形式很少采用。而图1a所示的阴极形换相组和在电路负极侧装设平衡电抗器的接线形式应用最为普遍。如果图1a所示的阴极换相组方案与图1c所示的阳极形换相组方案组合在一起，正好满足了带平衡电抗器系统实现同相逆并联接线的技术要求。

图1 双反星形带平衡电抗器整流电路

图2 双反星形带平衡电抗器整流电路

如图2a所示为双反星形带平衡电抗器整流电路接线图，其向量图如图2b所示。该整流电路采用单拍联结方式，整流变压器二次绕组的每相端子和对应的整流臂相连接。六个整流臂的阴极连在一起，构成直流输出回路 的正极。平衡电抗器PK是一串联后两端分别与整流变压器的中点N1、N2相连接，中点N抽出，构成直流输出回路的负极(如图2a)。从图2a中可以看出，两个星形之间有平衡电抗器时，两个星形并联工作，此时平衡电抗器的作用相当于两个星形之间的均压器。换言之，由于有平衡电抗器的作用，使得 两个星形绕组出力均等，每条整流桥臂承受负载电流的1/6Ifz倍。双反星形带平衡电抗器整流电路是一个带六脉波输出的整流电路，其直流电压曲线如图3所示，图中UO为整流器输出直流电压平均值。

图3 双反星形带平衡电抗器整流电路直流输出曲线图

2 同相逆并联接线方式

2.1 三相桥式同相逆并联接线

以三相桥式接线为例，其中如图4为普通接线，图5为同相逆并联接线。当变压器二次侧有两组线圈，由于同一相的两个线圈在外面并联连接通过反方向电流的两根导线，称同相逆并联。

图4 普通三相桥整流电路

图5 三相桥同相逆并联整流电路

图6 同相逆并联两根导体磁场相互抵消原理图

由图5可见，同一相的两根相邻导线以及整流桥臂在同一瞬间流过大小相等、方向相反的电流(即同一相不同换相的正负桥臂紧靠在一起)，当两根导线非常接近时，那么它们所产生的交变磁场几乎完全相互抵消，如图6所示。当电流愈大时，整流变压器二次引线磁通愈强，同相逆并联效果愈显著。

从图5中可知，其中a1、b1、c1和a2、b2、c2极性相反，但由于整流二极管正、反方向放置的关系，所以a1和a2、b1和b2、c1和c2分别同时导电，但电流方向相反。

2.2 双反星形带平衡电抗器同相逆并联接线

如图7为典型的双反星形带平衡电抗器同相逆并联接线原理图(注：图中L1、L2为平衡电抗器)。从图7中可以看到，c1和c2及z1和z2分别是同相，而且极性相同，但由于整流二极管正、反方向接入的关系，使得c1和c2导电时间相差180°， z1和z2导电时间也相差180°(其余各相亦然)。尽管c1和z1及c2和z2分别是同相，而且极性相反，但由于整流二极管正、反方向接入的关系，使得c1和z1同时导电，而电流方向相反。同理，c2和z2也同时导电，电流方向也是相反。

图7 两组变形双反星形带平衡电抗器整流原理图

2.3 同相逆并联母线尺寸的距离

为获得良好的同相逆并联接线效果，则导电排的几何尺寸a与b和间距d之间的关系必须满足b/a≥5，b/d≥4，同时d不应少于30 mm，其尺寸及距离见图8。导电排的尺寸与间距应兼顾导电排的加工、机械强度、安装和运行时的可靠性、稳定性及安全性。与相邻不同各相的导电排及周围铁磁材料保持较大的距离。

图8 同相逆并联母线尺寸图

2.4 带平衡电抗器的整流变压器与硅整流器采用双反星形同相逆并联连接实例

公司目前有八套整流装置，额定电流16.2 kA，已投运五年，配套的是蓝星北京化工机械厂制造的年产20万t烧碱的离子膜电解槽，整流机组均采用双反星形带平衡电抗器同相逆并联的接线方式。整流变压器二次侧与硅整流器的具体接线如图9所示(注：图中显示每条整流桥臂接一只整流二极管，而实际上却是由多只整流二极管并联组成)。从图9中可以看到，安装在相邻位置的c3与c2绕组属同相，而且极性相反，但由于整流二极管正、反方向安装的关系，使得c3和c2同时导电，电流大小相等而方向相反(其余绕组亦然)。结果，它们所产生的交变磁场相互抵消，减少了电抗压降和连接铜排及桥臂的发热耗能现象，提高了变电效率。从公司目前的用电情况来看，由于各套整流器均采用了双反星形带平衡电抗器同相逆并联的接线方式，使电能能够真正用在生产上，没有造成不必要的电能损耗。因此，公司110 kV电压级配电系统的功率因数能长期保持在0.97～0.98，各用电参数都在正常范围内。同样，对于整流设备而言，整流变压器的运行温度一般在50～55 ℃，整流器的温度一般为35～40 ℃。由此可见，引起太大的发热耗能现象没有存在，从生产报表中亦反映出，各套整流器的变电效率都在99%左右，达到设计的要求。

图8 同相逆并联母线尺寸图

3 结束语

从以上整流机组采用双反星形带平衡电抗器同相逆并联接线整流电路的分析，我们可以看到，该整流电路可有效地减少整流变压器二次侧引线电抗压降，显著地提高整流机组的效率和功率因数。能有效地降低整流柜的温升，改善整流管的均流度。但值得注意的是，当同相逆并联的两根导体发生短路故障时，由于整流二极管反向电压升高，并承受其短路电流，因此，对同相逆并联的两根导体间的绝缘度必须特别注意。

[1] 周芹刚，刘奎东，郭世杰.硅整流改为可控硅整流技术总结[J].中国氯碱，2010(7)：7-9.

[2] 李品芳.整流变压器与硅整流器的连接方式[J].中国氯碱，2012(7)：3-4.

[3] 廖秀华.进一步提高国产可控硅整流器的应用水平[J].中国氯碱，2011(3)：20-23.

世界首套焦炉烟气脱硫脱硝装置投产

2015年11月6日，由中冶焦耐设计供货(EP)的宝钢湛江钢铁焦化项目焦炉烟气净化设施正式投产，标志着世界首套焦炉烟气低温脱硫脱硝工业化示范装置正式诞生。

焦炉烟气低温脱硫脱硝是世界公认的技术难题。中冶焦耐经过大量的实地调研、理论分析、工艺比对，开发了“干/半干法脱硫+低温脱硝除尘热解析一体化技术与工艺”，针对性地解决焦炉烟道废气脱硫脱硝的技术难点，先进行烟气脱硫，后除尘，然后低温SCR脱硝，实现污染物达标排放。2015年6月，中冶焦耐正式签订宝钢湛江焦炉烟气净化设施EP合同。该项目脱硝除尘热解一体化装置(De-NOxDedustingPyrolysisunit)作为核心设备兼具低温脱硝、脱硫除尘、催化剂原位再生功能，应用了半干法脱硫与脱硝除尘联合技术、脱硝反应器内气流均布技术、氨气/烟气混合技术、脱硝催化剂单仓原位再生技术、焦炉烟道气负压控制技术、洁净烟气回配余热利用技术等多项节能环保新技术。整套工艺流程无废水产生，脱硫副产物可由相关化工厂家回收或直接排放，符合当前环保要求和烟气治理的技术发展趋势。目前，装置各系统运行正常。装置达产后，二氧化硫、氮氧化物排放量分别小于30、150 mg/m3，各项指标满足国家《炼焦化学工业污染物排放标准》规定的特殊限制地区环保排放限值。

2015-09-21

闫利利(1980-)，女，助理工程师，从事生产技术管理工作；联系人：黄 健(1985-)，男，助理工程师，电话：13403902524。

TQ050.3

B

1003-3467(2015)11-0040-04