整流系统选型需考虑的几个问题

王永升

（中国石化股份有限公司齐鲁分公司氯碱厂，山东 淄博 255411）

整流系统选型需考虑的几个问题

王永升

（中国石化股份有限公司齐鲁分公司氯碱厂，山东 淄博 255411）

通过对决定整流系统主要性能的几个问题的论述，旨在将目前应用中有争议、不足或较易忽视的问题进行理性的取舍，使新上整流系统相对安全可靠、高效节电，高性价比。

整流系统；功率因数；谐波；同向逆并联；整流效率

新上整流系统时，有时在整流相数、功率因数、是否同向逆并联、整流类型、控制方面等方面，由于在基础依据并不充分的情况下选定方案，使得整流系统经常出现效率低下、浪费投资等情况。通过对整流系统的安全运行、效率、性价比相关问题的论述和合理解决，使整流系统协调、完美。

1 相关问题

1 整流相数

为了减轻整流电路高次谐波对电网的影响，通常可采用12相、18相、24相，乃至36相及以上的多相整流电路。采用多相整流电路能改善功率因数，提高脉动频率，使变压器初级电流的波形更接近正弦波，从而显著减少谐波的影响。理论上，随着相数的增加，可进一步削弱谐波的影响，但投资增加。需根据如下因素确定相数。

（1）整流所电网公共连接点的最小短路容量；

（2）多台整流变压器的供电运行方式；

（3）整流所电网公共连接点已存在的谐波情况。

按照最小短路容量，对照相应的不同相数时整流装置负载容量与电网短路容量的关系图见图1，以及整流器套数，大致确定相数范围。

其次，依据最小短路容量、供电运行方式等供电系统参数，通过谐波计算软件或MATLAB等仿真软件的仿真，筛选出大致确定相数范围内的、能满足电网要求的最低相数。

最后，再根据国标GB/T14549—93《电能质量公用电网谐波》中不同谐波源的叠加计算方法，将整流所电网公共连接点已存在的谐波量与整流器新产生的谐波量叠加，只要总的谐波量满足电网电压总谐波畸变率允许值即可确定整流相数。

2 功率因数

功率因数表达式为：λ=ξ·cos（α+γ/2）

式中：λ为可控整流系统的功率因数；α为运行控制角；γ为换相重叠角；ξ为电流畸变系数，为实际电流与理想正弦波之间的差异，它与整流电路的脉波数（p）有关。

换相重叠角决定于变压器的短路电压Uk，随运行控制角增大而减小[cos(α+γ)=cosα-(1-cosγ0)]，当Uk=8%，γ0=23°时，功率因数的计算列于表 1。

表1 不同控制角时的功率因数

从表1可看出，同一整流器，随控制角的增大，其功率因数变小；同一控制角，随整流相数的增加，其功率因数变大。随着整流相数的增加，功率因数值越来越接近理想情况，这要求在整流相数已定的情况下，要考虑我们整流器运行功率因数的区间，然后依据功率因数的区间确定控制角的范围。例如12相整流时，想把功率因数控制在0.9以上，此时的控制角应小于 19°（24相时应小于 22°），这样，就为精确控制功率因数提供了理论依据。另外，整流相数较少时，需要有载调压开关的级差较小。通过有载调压开关与控制角的完美配合，便可实现功率因数的有效控制。

3 整流效率

整流系统的效率是由整流变压器和整流柜的效率决定的，整流变压器的效率一般为98%左右，设计值通常采用98%，提高至99%或者更高是可能的（可能需大规模地增加投资）。对整流柜来讲，由于受SCR管压降的限制，效率的提高受到一定限制，唯有通过采用合理的整流电路、选用合适的硅元件及紧凑的装配方式来实现。现在,一般的整流器自身的效率都可超过99%，如此的整流系统的变流效率应为98%×99%＝97%以上，否则，效率较低最可能的原因是工艺方案选择不当，如4万t/a烧碱装置，随输出电流增加、电压降低时，其效率较快降低，整流器输出为43 kA×285 V、129 kA×95 V时，整流系统的变流效率分别为97%、94%。

所以，在确定工艺方案时，首先应保证整流效率为97%以上，这样产品的能耗才能较低、才有竞争力。

4 同向逆并联

同向逆并联的优点是消除了磁场对外的影响，消除了整流器金属外壳局部过热；使并联各回路的电抗值趋于相等，有利地改善均流度；减小了变压器的电抗，相应地改善了功率因数。

并联元器件越多、电流越大优点越突出。目前新上电槽一般都是离子膜电槽，其运行电流一般为15 kA左右 （国内较普遍的是北化机离子膜电槽，其正常运行电流为12.1 kA左右）。如此小的电流，磁场强度对外的影响较为有限，考虑检修空间后，金属整流柜的尺寸略大一点，就不会有局部过热现象，况且现在的金属整流柜都采取了截断磁路的设计，有的干脆采用了非金属材料。目前由于单只硅元件的容量较大，并联的原件数很少，均流度很容易地做得较高，采用同向逆并联来提高均流度已无必要，同向逆并联虽能略减变压器的等效电抗，对功率因数有改善，但效果不大。

总之，采用同向逆并联虽有一些优点，但增加了变压器、整流器的复杂程度、制造难度和设备数量，同时降低了整流系统的效率，增加了投资。权衡必要性、安全性、投资大小等方面，在离子膜电槽的直流供电中绝无必要采用同向逆并联，而在其他需要大直流供电的场合还是很有必要的。

5 整流电路类型

大功率整流设备的电联结有2种形式，双反星形和三相桥式。从电路结构上看，双反星形是2个三相半波电路的并联，三相桥式是2个三相半波电路的串联。在新上整流设备时，首先要对这2种电路进行比较。在直流输出电压、电流相同的情况下，其比较情况如表2所示。

从表2可知，双反星形可控整流电路中SCR的用量少一半（相应的整流器造价要低一些），其正向功率损耗少一半，而且因为所用的SCR量少，设备出故障的概率也相应地减少，其缺点是所需变压器的等值容量比较大，此外还要带平衡电抗器，这就使得变压器的造价高一些，结构也复杂一点。一般来说，所需整流器的直流输出电压小于300 V时，宜选用双反星形的可控整流电路，否则宜选用三相桥式的可控整流电路。电压远低于300 V或远高于300 V的整流器，按上述原则选择整流电路是没问题的。对于300 V左右的整流器，还是要将性价比、安全性综合考虑后再确定。

表2 双反星形与三相桥式整流电路的比较（在单个SCR额定电流相等的条件下）

6 控制方面

（1）整流器用去离子水循环泵，需有2 s的重合闸继电器，避免380 V系统在欠压切换时，引起去离子水泵瞬时欠压跳闸，从而导致整流装置停车。如图2所示，去离子水循环泵正常有NO.1进线供电，NO.1进线欠压时，跳进线、合母联，有NO.2进线供电，其间，切换时间在2 s之内。相应的整流器控制程序内，须有对去离子水流量、压力检测的2 s之内不正常的允许，即相应的2 s的延时处理。如此，只有在2 s的波动之后，去离子水仍不正常时，才连锁整流器停车，这样就很好地解决了380 V供电系统的波动问题。

（2）随着整流器保护功能的完善，保护动作依据故障的轻重，分为4种方式：报警（仍正常运行）、延时封锁脉冲、立即封锁脉冲、跳闸。需要注意的是，封锁脉冲的选用一定要慎重且考虑周全，否则易出现次生事故。图3为FRIEM公司的控制方案。正常运行时，开关 Q1、Q2合，Q3断，除槽时，在除槽开关发出合Q3命令的同时，整流器封锁脉冲，当Q3已合好的信号返回控制系统时，封锁脉冲解除，整流器又正常输出。一旦除槽不成功，整流器便一直封锁脉冲，此时，生产中断，进入停车处理程序，关闭电槽的物料进、出阀，除槽开关修好后、除槽成功，准备送电开车。复归故障信息时，整流器封锁脉冲突然解除，又正常输出，此时如准备不足，易产生电槽鼓坏，损坏离子膜，甚至引起电槽爆炸的危险，故选用封锁脉冲功能时，后备的保护措施要完备，如正常除槽3 s之内，超过5 s就连锁跳闸等，总之要确保生产的安全。

7 结语

只要注意上述整流系统选型方面需注意的主要问题，新上整流系统的效率、性价比就比较高，同时安全、可靠性也有保证。整流器的稳流精度、均流系数等诸多整流器的技术指标虽然也很重要，但对全局的影响较小或常规整流器的技术指标已能满足正常的生产需要。对于操作、控制方面的具体要求、改进及整流器技术指标的特殊要求可与整流器供应商协商解决，这些都是整流系统选型之后的工作。

Several problems needing attention in type selection of rectifying system

WANG Yong-sheng
(Chlor-alkali Plant of Qilu Co.,Ltd.,SINOPEC,Zibo 255411,China)

According to the discussion of several problems of the main property of rectifying system,the controversial,deficiency and neglect problems in application were to make a rational choice,and then the rectifying system was more safe,reliable,high efficient and power saving,and high price quality.

rectifying system;power factor;harmonics;cophase counter parallel connection;rectifying efficiency

TM461

B

1009－1785(2010)04－0008-03

2009-09-18