110 kV整流直降方式的应用

田时静，李卫东

（重庆市映天辉氯碱化工有限公司，重庆401221）

110 kV整流直降方式的应用

田时静，李卫东

（重庆市映天辉氯碱化工有限公司，重庆401221）

从重庆市映天辉氯碱化工有限公司10万t/a离子膜烧碱工程的整流设计、选型、实施、谐波论证几个方面，对采用110 kV整流直降方式下谐波对电能质量的影响进行了分析，并论证了采用合理的整流器设计方案的可行性。

整流；直降；谐波

1 项目背景

重庆市映天辉氯碱化工有限公司首期10万t/a离子膜烧碱工程采用110 kV直降式整流变压器，单台24脉波、一拖二整流机组的整流方式。在项目初期，重庆市电力公司供电区域内还没有这种供电结构，出于对采用该种供电方式谐波可能对电网电能质量污染的顾虑，对该种供电方式提出了质疑。通过重庆市电力科学研究院对该项目进行谐波评估、论证后，最终采纳了该种供电方式。

2 整流系统设备选择的原则与思路

2.1 高压供电方案的选择

针对整流变压器进线方式的选择，从技术条件和运行成本做了仔细分析。根据该公司的实际情况，15万t/a烧碱装置分批建设，如果考虑35 kV进线方式设置主变压器，不但增加了故障环节，而且还要加大运行成本，主要表现在如下几个方面。

（1）增加主变压器正常维护成本约30万元/a。

（2）增加变压器运行损耗约为330 kW，按年运行8 000 h，电价0.5元/（kW·h）计算，每年增加电费132万元。

（3）变压器容量增加。按照10万t/a离子膜烧碱装置考虑，主变压器需配置容量为63 000 kVA的变压器。按目前基本容量费26元/kVA计算，每月基本容量费需163.8万元；而采用110 kV直降方式，变压器基本容量可降低到37 000 kVA，每月基本容量费为96.2万元。

（4）供电方式灵活性也大大降低。采用主变压器的接线方式，不管生产负荷多少，只要主变压器通电运行，每月必须支付63 000 kVA变压器的基本容量费163.8万元。而按照初期单台整变的运行情况，每月只需支付26×21 000=54.6（万元）的基本容量费。

结合目前离子膜电槽的负荷水平和整流与电槽的配置方式，业内普遍认为，当烧碱规模为10万t/a以上时，宜选用66 kV直降式整流；为15万t/a以上时，宜选用110 kV直降式整流。

2.2 直降式整流设备配置方案

第一种是“一拖二”方案。该方案的优点是可减少整流变压器和高压馈电开关的使用数量，节约投资和运行费用，还便于实现单机组12相整流；缺点是单台整流机组故障停电，会影响2台电槽的停运，对设备和工艺的可靠性要求较高。

第二种是“一拖一”方案。该方案的优点是单台整流机组的故障停电只影响到1台电槽的停运，生产损失较小；缺点是高压馈电装置的数量增多。尤其是当选用六氟化硫GIS组合电器时，馈电间隔增多，一次性投资也增加。同时整流装置的数量增多，导致占地面积增大，增加配套土建的投资费用。

2.3 整流变压器接线方式的选择

整流变通常采用曲折接线移相方式，该方式接线复杂，生产成本较高。采用共轭方式接线相对简单，并能节约一次性投资，但常规的共轭式整流变压器一般在一次侧绕组互移30°，二次侧绕组相同，中轭比较大（为上下轭的60%左右），铁心高度高，当变压器容量增大时，会造成运输困难；如果一次绕组不移相，二次绕组采用星形、三角形移相30°同时取消中轭，则可降低高度，但2组二次电压将相差1%，从而造成并联运行时输出不平衡；如果将以上2种方式综合，即一次绕组不移相，二次绕组采用星形、三角形移相30°，通过调整上下一次绕组的匝数来使2组二次电压相等，同时增加1个很小的中轭（为上下轭的5%左右）来平衡上下2组的不平衡磁势（约1%），就能达到既降低运输高度又输出平衡的目的，还可以降低空载损耗（约占总空载损耗的6.0%~7.0%）。

2.4 设计使用多相整流方式

整流装置是整个供电系统的重中之重，不仅要保证供电的可靠性、连续性和稳定性，更要考虑整流装置谐波对供电网络的影响程度及系统的无功补偿。因大量的高次谐波会引起变压器、电机等感性设备发热量增大、响声异常，电容、电缆等容性设备发热增加、绝缘老化、寿命缩短，严重的更会导致电子设备误动作、指示失灵等，影响正常生产。所以，尽可能多的提高整流脉波数，可减少整流过程中产生的谐波分量，对供电网络电源质量的影响，减少变压器、电缆、电机等的发热、噪声，达到节能的目的。

3 实施

整流是氯碱工厂的核心设备，其功率大、安全稳定性要求高，对电力系统影响较大（谐波污染）。整流技术已日臻成熟，整流设备选择采用直降式整流变压器，增加整流相数，控制上采用PLC及计算机综合自动控制等措施，完全能够满足电力系统的基本要求。

3.1 整流变压器

网侧参数：额定电压（110±5.5）kV，3相；额定频率（50±0.5）Hz；

阀侧参数：额定电压404 V；

额定直流输出电流：20 kA×2；

额定直流输出电压：478 V；

整流变压器效率保证值：99%；

阻抗电压：整流变压器阻抗值约为6%；自耦有载调压变压器阻抗值约为4%，总阻抗为10%；

整流变压器的移相和整流相数：2台整流变压器，相位不同但容量相同，分别带2组（4台）电解槽；每台整流变压器按照等效24脉波设计；在母线上组成等效48相整流。

3.2 整流器

额定直流输出电流：DC20 kA/台；

额定直流输出电压：DC478 V；

有载调压开关范围：（60%~105%）Udn，27档平均分级粗调；

采用晶闸管型整流器，电流细调为改变晶闸管触发角实现，调压范围为（0~100%）Udn；

整流器效率保证值：99%（额定负载时，按照IEC标准计算）；在电网电压±5%变化范围内及负载电压为60%~100%条件下稳流精度为±0.5%；

输出电流应具有零起动功能，并可连续平滑调节至额定电流；相控条件下电压输出大于60%时，整流电流输出100%连续；

运行中触发脉冲角为5°~20°，同一整流变所带2台整流柜的任一脉冲角小于5°时，发升档信号；均大于20°时，发降档信号，且脉冲角可任意调整；

整流-变压整组采用微机操作系统，并能与高压断路器、直流开关、油水冷却器、纯水冷却器及有载开关等实行操作连锁。

4 整流装置谐波特性分析

由于整流元件（可控硅）的非线性，在整流设备运行时，可能会对电网产生谐波。为了检验装置配置是否合理，以单台整变12脉波和单台整变24脉波2种方式，对正常运行和故障运行情况下各次谐波电流、电压畸变率作如下分析和说明。

4.1 国家标准限值计算

映天辉氯碱化工公司的电能质量考核点为该公司贸易结算用计量装置处。公共连接点的短路容量越大，说明该公司与系统电气联系越紧密，承受有功功率冲击、无功功率冲击和谐波渗透能力越强。国家电能质量标准有关要求规定，上述各项研究需考虑供电系统最小运行方式。在最小运行方式下，供电系统注入公共连接点的三相短路电流越小，即系统短路容量越小，系统等值阻抗越大，公共连接点的各项指标越不容易达标。

本项目中考核点最小短路电流约为10 kA，相应的最小短路容量约为1 905 MVA。

4.1.1 执行标准

谐波电压和谐波电流执行标准为国家标准GB/T14549-93《电能质量-公用电网谐波》。

4.1.2 限值计算

（1）谐波电压限值

按照国标规定，该公司整流变110 kV母线谐波电压（相电压）限值如表1所示，考核点的谐波电压应小于表1所列的数值。

表1 110 kV公用电网谐波电压限值（相电压）

（2）谐波电流限值

110 kV基准短路容量750 MVA。由于考核点的最小短路容量（1 905 MVA）不同于基准短路容量，应按照国标附录B进行换算，换算公式如下：

式中：Sk1—实际公共连接点的最小短路容量，MVA；

Sk2—基准短路容量，MVA；Ihp—国标表2中的第h次谐波电流允许值，A；Ih—短路容量为Sk1时的第h次谐波电流允许值，A。

按国标附录C的要求，在公共连接点处第i个用户的第h次谐波电流允许值还需按下式进行分配：

Ihi=Ih（Si/St）1/a

式中：Si—第i个用户的用电协议容量，MVA；

St—公共连接点的供电设备容量，MVA；

a—相位叠加系数，按表2取值。

表2 相位叠加系数的取值

以上限值计算参数在本计算中分别取值如下：

Sk1—1 905 MVA（最小短路电流10 kA）；

Sk2—750 MVA；

Si—37MVA，该公司本期工程装设2台16000kVA调压整流变压器和1台5 000 kVA电力变压器。

St—360 MVA（220 kV花庄站供电主变容量为2×180 MVA）。

根据换算标准，换算出注入其贸易结算用计量装置出的谐波电流允许值（略）。

4.2 谐波计算

单台容量16 000 kVA，计算电流84 A，2台同时运行时为168 A。

（1）技术条件为拟上2台整流变压器，单台整变12脉波，正常生产情况下，在电网上形成24脉波。计算结果见表3。

表3 谐波计算结果

上述计算结果在《GB/T 14549-93电网质量公用电网谐波》允许范围内。实际直流输出容量小于20 kA×478 V，网侧电流减小，基波电流减小及各次谐波电流、电压畸变率相应减小，23次、25次谐波电流分量小于相应的计算限值，即在电网中以24脉波运行时，电力质量完全可以得到保证。

在1台电解设备故障，1台正常运行时，电网12相整流条件谐波计算结果见表4。

即当12脉波单台整变在额定条件下运行时，特征谐波11、13次超标较为明显，谐波电流分量大于相应的计算限值，电压畸变率也超过2%的基本要求。

（2）技术条件为拟上2台整流变压器，单台整变24脉波，正常生产情况下，在电网上形成48脉波。谐波结果计算见表5。

表4 谐波计算结果

表5 谐波计算结果

表6 谐波计算结果

4.3 结论

通过计算，24脉波运行时，电压、电流畸变率均能满足电网要求，但在12相工作运行时，注入电网谐波分量将超标，主要表现为特征谐波11、13次谐波超标，同时电压畸变率也将超标。

因此，为了保证系统电压质量，把单台整流变压器设计为24脉波，正常运行条件下在电网形成48脉波，则完全能满足系统要求。

5 运行结果

自2009年9月正式投入运行以来，通过对实际监测数据和计算分析数据比较，谐波电流、谐波电压都在国家标准以内。运行验证表明，只要整流器设计方案合理，110 kV整流直降方式，谐波对电能质量的影响既符合国家标准，又能满足效率的要求，这种供电方式是完全可行的。

Application of 110kV straight down rectifier

TIAN Shi－jing，LI Wei－dong
（Chongqing Yingtianhui Chlor－alkali Chemical Co.，Ltd.，Chongqing 401221，China）

The impact of harmonics on power quality was analyzed in 110kV straight down rectifier，includeing design，selection，implementation，harmonic argument.Actual operation date show that using 110kV straight down rectifier was entirely feasible.

rectifier；straight down；harmonics

TM461

B

1009－1785(2011)03-0007-04

2010-09-13