大功率整流装置结构探讨及研究

周 韬

九江赛晶科技股份有限公司

大功率整流装置结构探讨及研究

周 韬

九江赛晶科技股份有限公司

介绍了电解铝行业常用的各种大功率整流装置，分析其结构的不同特点，认为只有在了解各结构优缺点的情况下客户才能做出最适合自己的选择。

整流柜；结构；合理选择

伴随我国电解铝行业的迅速发展，国家从节能降耗方向出发，不断提高电解铝生产企业吨铝能耗指标的要求，并且随着技术的进一步发展改指标还会继续提高。为应对市场发展，目前国能新建大型电解铝系统中，系列电流500kA、600kA电解槽已成为市场主流，也意味着对大功率整流装置的要求越来越高。

目前国内主要有同相逆并联结构、分极式结构两种结构。这两种结构都具有各自特点，在针对不同的现场运行需求，用户可以根据自身系列特征来进行选择。

本文针对铝电解行业运行状况进行分析，对整流设备结构进行研究，让用户了解不同整流结构适宜运行的工况，对结构选择有所了解。

1、同相逆并联结构

同相逆并联结构整流柜的特点是将相同相位但是极性相反的两根整流母排靠近布置，利用极性相反的正、负整流母排产生的相反的磁场相互抵消，减少整流母排的互感，从而提升整流柜的整流效率。(如图1所示)

图1 同相逆并联结构示意图

这种结构的整流柜虽然通过正、负母排之间的磁场抵消，提升了整流效率，但是随着电解铝行业电解槽容量的不断增大、电压等级越来越高而暴露出其结构所特有的缺陷，即正、负母排靠近布置带来的安全风险越来越高，较易因环境灰尘、器件老化等原因发生短路事故。若为了弥补绝缘问题而不断增加各类绝缘材料的话，不仅大大增加制造成本，还让本就有限的整流柜内维护空间变得更加拥挤，造成巡视、维护设备的不便。

所以同相逆并联结构目前仅在一些电压等级不高、电解槽容量不大的项目上有所应用。随着电解铝行业的发展，此种结构的选择已经较为稀少。

2、分级式结构

分极式结构的特点是6脉波交流进线通过同相逆并联的交流输入排进入整流柜后，在柜内结构上将正、负直流母排完全分开放置，形成完全独立的整流单元。而根据结构上分开放置的方法不同，分极式也分为前后分级和上下分级两种。

a、前后分级结构

首先来分析前后分级的结构，因为不需要考虑正、负母排靠近放置的因素，分极式结构可以采用母排双面压接整流元件的方式。这种方式可以使整流母排两端受力均匀防止整流母排变形，也因此提升了整流元件与整流母排的贴合程度，通过降低接触阻抗的方式提升了整流臂的均流，对延长整流元件的寿命有着明显的效果。同时因为正、负整流单元一前一后完全独立，并且在前后整流单元之间设置一体式的绝缘隔板，正、负整流排之间几乎没有发生短路的可能性。(如图2、图3所示)

图2 前后分极式结构正面示意图

图3 前后分级式结构侧面示意图

前后分级结构整流柜解决了以安全性为代表的诸多问题，但本身并不能说完美。独立的整流单元之内虽然不需要安装绝缘隔板，使得相同极性的整流臂之间的维护空间较为充裕，但是这仅仅是整流柜前部的情况。因为前后分级，无论正负终有一级整流单元被放置在整流柜后部，而后部往往是交流输入排进入整流柜的位置，造成后部整流单元的巡视、维护远不及前部整流单元方便。而随着电解槽容量的增大，前后分级使得整流柜柜体的深度也越来越大，普遍要超过2米以上，这对本就不宽敞的整流室也是一个不小的负担。

b、上下分级结构

上下分级结构可以较好的解决前后分级结构巡视不直观，维护不方便等问题，与前后分级结构最大的区别在于上下分级结构采用焊接方法将整流母排和汇流母排组成一个框架，把整流柜主体按正、负分为两个竖直放置的独立整体。采用焊接方式连接各种导电母排不仅可以降低整流排与汇流排之间螺栓连接造成的损耗，同时正负整流单元垂直叠放可以大大降低整流柜的柜体深度，节约甲方整流所空间的同时也实现了正负整流单元都展现在整流柜正面，一目了然，开门即可维护所有整流单元。在正、负整流单元之间使用绝缘布板与瓷瓶隔离，保证安全绝缘。(如图4所示)

图4 上下分极式结构示意图

上下分级结构的优点显而易见，但是对焊接工艺要求较高，尤其是目前整流柜导电母排主流选用铝排，拥有一定厚度的铝排在焊接时存在难度。在焊接工艺合格的标准上，还可以将原来母排之间的软管连接(通冷却水)也用铝焊接工艺直接对接，大大减少以前存在的软水管脱落冷却水喷溅隐患。

在分析了目前我国柜内电解铝行业大功率整流装置的主流结构后，我们可以看到几种结构优缺点如下：

1、同相逆并联结构：

优点：通过正、负整流排磁场相互抵消，提升整流效率。

缺点：高电压等级下安全性堪忧。

2、前后分级式结构：

优点：整流母排受力均匀，元件贴合紧密寿命长，高电压等级下绝缘安全性能优越。

缺点：整流柜后部单元巡视不便，设备体积随着电压等级提高越来越大。

3、上下分极式结构：

优点：在前后分级的优点基础上使得整流柜核心单元在正面即可一目了然，降低母排连接损耗，减少隐患点。

缺点：设备制作工艺要求较高。

通过对整流柜结构的比较我们可以看到，上下分极式结构的优点比较突出。而随着我国工业现代化进程的加快，上下分极式结构所要求的高工艺水平也越来越容易实现。所以这种适应电解铝行业现代化新要求的上下分极式结构整流柜一经推出即获得客户的众多好评。

电解铝系统中大功率整流装置作为核心设备，其稳定性直接影响企业的经济效益。只有按照企业自身需求选择最适合的结构，才能获得最佳的效果，从而为企业创造更多的市场价值。