电解铝整流系统的谐波电流与无功功率问题分析

王维

摘 要：立足于电解制铝的生产实际，从谐波电流和无功功率的角度出发，结合电解制铝实例，对电解铝整流系统的谐波电流和无功功率问题进行了简要分析。

关键词：电解铝；整流系统；谐波电流；无功功率

中图分类号：TM714.3 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.10.082

在大功率直流电路中，为了保证系统功率的稳定性，通常情况下会选择用电容对线路中的无功现象进行补偿的措施。但整流装置在运行过程中会产生谐波电流，如果在配置无功补偿装置时选用的参数不科学，则可能会导致供电系统谐振或谐波电流放大的现象。因此，对电解铝整流系统的谐波电流与无功功率问题的分析具有鲜明的现实意义。

1 电解铝整流系统的特征

电解铝是当前获取金属铝的主要方式，是以氧化铝为原料，在冰晶石熔体中进行熔盐电解的化学过程。其制备过程主要表现出以下4个特征。

1.1 耗电量大

电解本身是一种能耗量极大的生产方式，这是因为金属铝的化学属性极为活泼，传统的置换等化学处理方式无法有效地从化合物中提取出金属铝，从总体上看，电解是当前最高效的制备方式。

1.2 功率因数较低

电解制铝过程对电力的要求较高，电力系统直接供应的电力形式无法满足电解需求，因此，在电解铝系统中，还需要经过调压变压器、整流变压器和大功率元件整流系统，才能进入最终的电解活动。在这一过程中，系统众多、无功消耗极大，且电解铝系统的功率因数较低。

1.3 供电可靠性要求高

电解铝是一个连续的过程，在电解铝活动中对电力供应的稳定性和可靠性有极高的要求，一旦出现电力供应的中断，则会导致电解反应停止，且在恢复供电后的一段时间内电解生产都无法正常进行。如果停电超过1 h，浸泡在电解溶液中的半成品会发生其他反应，进而影响金属铝的产出率，甚至会对电解槽的内衬造成严重的破坏。

1.4 谐波污染现象较为严重

电解铝系统中的大功率元件整流系统在运行过程中会产生大量的谐波，如果无法有效控制谐波的产生和传播，则会对周围的供电网络和通信网络造成消极影响，严重情况下，还会对电解铝系统的运行质量和效率产生影响。通常情况下，整流供电的功率一旦低于0.9，则会导致电解铝系统出现功率下降、绝缘发热或老化等问题。

2 电抗器的作用

电解铝过程中大功率元件的整流系统会产生严重的谐波现象，这种现象不仅会对电网和通信网络产生影响，还会影响电解铝设备的工作状态。针对电路中的谐波现象，当前主要的解决办法是在线路中安装电抗器。

在电容器回路中安装阻尼电抗器，在电容器回路投入时可起到抑制涌流的作用。同时，可与电容器组一起组成谐波回路，起到各次谐波的滤波作用。比如在500 kV变电所35 kV无功补偿装置的电容器回路中，为了限制投入电容器时的涌流和抑制电力系统的高次谐波，在35 kV电容器回路中必须安装阻尼电抗器。抑制三次谐波后，采用额定电压为35 kV、额定电感量为26.2 mH和额定电流为350 A的干式空心单相户外型阻尼电抗器，它与2.52 Mvar电容器对三次谐波形成谐振回路，即三次谐波滤波回路。具体接法如图1所示。

图1 电抗器接法示意图

3 谐波问题和无功补偿的高相关性

在电解铝系统中的大功率整流系统中，感性无功与容性无功一同出现在同一谐波源中，谐波电流产生的无功现象会相互补偿。通常情况下，补偿现象会对供电网络中的基波功率造成影响，具体表现为一部分基波功率转化为谐波功率后回到电网，这种谐波功率在电网中继续存在会对与电网连接的其他电力用户造成损害。如果在这一过程中整流系统的运行参数设定不科学，无功现象的相互补偿会被继续放大，进而产生共振现象。因此，在选择滤波器组时，除了要考虑提高电峰测的功率因数，还应避免谐振出现。

为了满足系统无功补偿的要求，采取的主要方法有2种：①当电解铝系统中滤波装置的无功容量与补偿容量出现差值时，可使用并联电容器提升补偿容量；②当供电网络的电抗值与并联电容器的电容值构成的谐振频率较高，而电解铝产生的电力负载谐波电压较低时，不需要考虑谐波的补偿问题，但在实际的电解铝系统运行中，这一标准比较难把握，需要从电解铝系统的实际出发，切实保证谐波的补偿要求得到满足。

4 结束语

电解铝是当前提取金属铝的主要方式，这一提取方式的运行质量和效率直接影响着铝制品行业的发展。因此，对电解铝整流系统的谐波电流和无功功率的分析具有鲜明的现实意义。本文从电解铝整流系统的特点、电抗器的应用，以及谐波问题与无功功率的关系的角度对谐波电流和无功功率问题进行了分析，以期为电解铝整流系统运行质量的提升提供支持和借鉴。

参考文献

[1]陈广生.电解铝整流系统的谐波电流与无功功率[J].科技传播，2013（01）：26-27.

[2]项兴尧.电网谐波与无功综合动态补偿研究[D].兰州：兰州理工大学，2014.

〔编辑：张思楠〕