全密封式大功率硅整流柜的设计思考与应用

孙靓

【摘要】本文主要针对电解或电化用大功率硅整流柜结构的特点及发展趋势，提出全密封式大功率硅整流柜的设计思考和应用，旨在提高整流柜的防护等级和适应环境的能力，增加整流柜运行的安全性和可靠性。

【关键词】全密封；防护等级；导电尘埃；散热；安全性

一、大功率硅整流柜结构的现状

大功率硅整流柜是目前电解、电化行业内经常使用的直流供电电源，它的性能及运行状况对电解系统有着重要的影响。大功率硅整流柜多采用三相桥式同相逆并联技术（也有采用非同相逆并联的），其结构形式主要有传统的卧式、立式、立式自撑，也有新型的分极式、单元式等等。不同形式的整流柜具有不同的特点，在此不一一说明。由于整流柜进线、出线、水路及二次管线等等诸多原因，上述整流柜基本上未进行或很难做到完全的密封处理。且在实际运行中，甚至有用户为了能更好、更快地散去整流柜内元器件、导电排等的热量，降低柜内空气温度，将相对密封较好的整流柜长期开门运行，这在一定程度上增加了整流柜运行的安全隐患。

随着整流柜的运行电流和电压值越来越高（国内已达到单柜50KA/1500V），以往的老式整流柜结构模式存在的不足有所显现。电解、电化用大功率硅整流柜因其几乎都使用在极其恶劣的环境下，通常都会有大量的导电尘埃或有害气体，对整流柜的安全运行具有很大的危害。由于用户现场的运行环境目前不能做到完全没有导电尘埃或有害气体，这就需要我们在整流柜的设计制造上进行更多、更大的改进和创新。

二、非全密封整流柜对预防事故的局限性

在常规整流柜的设计中，几乎很少采用全密封结构。随着整流柜的运行电流和电压值的提高，非全密封整流柜的使用会有一定局限。通过多年来对行业内多起重大事故进行分析和总结，并与部分业内专业人士交流后，作者认为越来越高的直流电压是主要原因，其次是未能很好地做到更高要求的安全防护。

以下是作者的分析依据（作者个人观点，仅供参考）。

（一）发生事故的整流柜都为非全密封整流柜（以作者所知），尘埃的积聚较为严重；

（二）整流柜的正常使用维护要求定期清扫，但多数用户因各种原因未能认真做到；

（三）直流电压越高，安全防护要求越高。

（四）长期的有害气体腐蚀和导电尘埃积附，破坏了原有的安全绝缘距离。

三、全密封式整流柜的设计思考

鉴于以上分析，可以得出这样一个结论：在目前工业环境下，为了充分保障整流柜的安全运行，需要在其结构上留有更大的安全距离或加强其防护能力，限制击穿、拉弧现象产生的条件，降低发生事故的可能性。

全密封式整流柜，顾名思义，是对整流柜进行整体全密封处理，包括进线、出线、水路及二次管线等，极大地加强了其防护能力，增加了安全性。该整流柜在设计上既借鉴了国内外先进的设计思路和成功经验，又有自主创新的改进优化。其主要具有以下特点。

（一）防护等级高，达到IP52，甚至可高达IP65。可做到户内和户外都适用，尤其户外使用时可节省大量的厂房等基建费用；

（二）运行时能隔绝柜内外空气，杜绝柜内外空气流动和尘埃的侵入，加长免维护周期；

（三）在保留原水水冷却的基础上增加水风冷却系统及多点温度检测，充分降低柜内空气温度和气体热运动能力，抵消因全密封而造成的无空气对流和外部环境对柜内温度的影响，保证整流柜的正常工作温度；

（四）可方便地与其他结构形式进行组合，充分发挥各自优势，获得很好的运行效果（如分极式全密封整流柜）；

（五）二次回路控制和仪表与主回路分开设计，加强了运行维护的安全性；

四、全密封式整流柜的设计实例

全密封式整流柜在设计制造时主要采取的具体措施如下：

（一）壳体全密封处理

柜门与壳体之间完全按照要求的防护等级设计，以避免有害气体及带电尘埃对柜内器件及母排进行侵害。

（二）高压整流和低压控制分开

高压整流和低压控制各自独立且又相互连接在一起，所有整流柜的控制均可在低压控制部分独立进行，这能在最大程度上保证高压整流部分独立的密封性。

（三）交流、整流和直流分开

交流、整流和直流三部分均由绝缘玻璃布板分隔，交流与整流部分也用绝缘玻璃布板进行隔断。

（四）增加水风冷系统

柜内除了保留常规纯水冷却外，还增加了水风冷却装置。因为全密封整流柜不可能通过自然的空气对流的方式与外界环境进行热交换，只有通过水风冷却装置对高压整流部分进行送冷风，使柜内无法被纯水带走的气体热量在柜内快速进行冷热交换，最大程度的降低密封后的柜内温度，使之达到正常的工作温度。

（五）裸露柜体之外导电排的处理

所有伸出柜外的交流输入排、直流支路母排（包括其绝缘封板）不仅进行了绝缘板加橡胶密封条进行密封处理，同时也在其穿过绝缘封板的孔隙处涂以高性能的密封胶，以保证其良好的密封效果。正、负直流汇流母线因在柜外，为了加大安全系数，也进行了单独的塑封处理。

五、结束语

随着整流技术的进步和电解系统不断提高的工艺、技术及运行要求，大功率硅整流柜的设计制造水平会不断进步和提高。上述作者之管见，仅仅是对此提出的一些思考和探讨（因为任何一种思路都不可能解决所有问题），望能起到抛砖引玉之作用。相信经过不断努力改进而设计制造出的新式整流柜，可以给用户提供多种选择，能极大的满足用户的需求。同时也希望全密封式整流柜能得到有力推广和被广大用户充分认可，其良好的使用效果会使其成为整流柜结构发展的一种趋势。