提高离子膜法烧碱配套整流装置cosФ的措施

孙书会，耿庆鲁

(德州实华化工有限公司，山东 德州 253007 )

【供电与整流】

提高离子膜法烧碱配套整流装置cosФ的措施

孙书会*，耿庆鲁

(德州实华化工有限公司，山东 德州 253007 )

氯碱生产；整流装置；功率因数；导通角

介绍了功率因数的定义。功率因数是整流装置的一项主要技术经济指标，是衡量电气设备效率高低的系数。提出了提高离子膜法烧碱配套整流装置cosФ的措施，并总结了德州实华化工有限公司的相关经验。

为了将交流电能转换成直流电能，氯碱企业都设置有一定数量的大功率整流装置，用以变换电流，供电解装置使用。以德州实华化工有限公司(以下简称“德州实华”)现有的17套整流装置为例，耗电量超过10.5亿kW·h/a，占总耗电量的80%左右。功率因数是整流装置的一项主要技术经济指标，它是衡量电气设备效率高低的系数。较高的功率因数可有效地提高发电机及输电设备的出力，提高电压质量，降低电能的损耗，对电力系统的经济运行具有非常重要的意义。氯碱整流装置常用的整流电路主要有三相桥式同相逆并联的排列整流电路和双反星形带平衡电抗器同相逆并联的排列整流电路。三相桥式同相逆并联的排列整流电路因整流元件承受峰值电压低，变压器利用率高且结构简单而应用广泛。由于氯碱企业整流装置具有电流大的特点，其阀侧母线电流所产生的交变磁场对周围的钢结构产生了磁滞和涡流损耗，使钢结构温度升高，增加了整流装置的损耗，降低了功率因数。德州实华离子膜整流装置投运初期，整流变的功率因数一直处于较低的水平，一般均在0.85～0.89。通过技术改造和日常管理手段来提高离子膜整流装置功率因数，可达到运行经济、节能降耗的目的。

1 三相桥式同相逆并联整流及其控制系统

离子膜法烧碱整流装置主要采用三相桥式同相逆并联整流线路，由1台整流变压器带2台整流柜运行，每台整流柜各带一台电解槽，整流元件为晶闸管，直流电流的调节以变压器有载调压开关为粗调，以晶闸管的相角控制为细调。其工作原理为：三相交流电压经整流变压器降压后加至整流电路晶闸管的两端，此时，按工艺要求，通过升降电流按钮向控制器输入一定的给定量，控制器按给定值输出同步脉冲触发信号，分别加至晶闸管的触发极。同步脉冲触发信号的移相范围为0～120°，可最大范围地调节直流电压，控制直流电流的输出。

2 影响整流设备功率因数的几个方面

2.1整流装置属于非正弦设备

整流装置的输入功率为 3 部分：由系统电压(正弦)与基波电流的乘积构成的有功功率及无功功率；由系统 电压 (正弦)与畸变电流(各次谐波电流的综合) 的乘积构成畸变功率。畸变功率对功率因数将产生影响。

2.2相控角增大，功率因数将降低[1]

当相控角增大时，在输出电流不变的条件下，可控整流器将使无功功率、畸变功率随之增加，而基波视在功率则保持不变，总视在功率将增加，所以功率因数将降低。对于整流设备的运行功率因数 cos Ф 可近似表示为：

cosФ = 1/2[cosα+ cos(α+μ)]。

(1)

其中：α是晶闸管整流电路控制角；μ为晶闸管整流电路换相重叠角。

由式(1)可知， 整流装置的功率因数主要取决于整流电路控制角和换相重叠角。当控制角α和换相重叠角μ增大时，整流设备的cosФ 将明显下降，而换相重叠角μ主要取决于变压器及导电排的阻抗，其大小取决于设备的设计、制造及安装。所以，合理地调整相控角，可以提高整流装置功率因数，降低无功损耗。

2.3调压开关和相控角

离子膜整流装置的整流元件为大功率晶闸管，直流电流的调节以变压器有载调压开关为粗调，共27挡可调。以晶闸管的相角控制为细调，控制角的调节范围为0～120°。当导通角过低时，可降低整流变压器(以下简称“整流变”)调压开关挡位，使得整流变阀侧电压降低，由于PI调节控制电路的作用，使导通角变大以维持输出电流的稳定(反之，则导通角降低)。整流变调压开关升降1挡，导通角变化为3°～4°。

考虑到系统电压波动时，给自动控制留有一定的调整裕量，将相控角控制在5°～12°，此时导通角在133°～138°，接近150°较适宜。

3 提高整流装置功率因数的技术措施

要提高可控硅整流装置的功率因数，就要设法减小高次谐波、控制角α和换相重叠角μ。而可控硅整流装置就是利用改变控制角α来调压的。要获得低电压控制角α，就要往大调，以使功率因数降低。因此，要使可控硅整流装置在低电压下仍保持较高的功率因数，则必须采取下述技术措施。

3.1采用小控制角运行

对于需要长时间工作在低电压下且相对稳定的负载，可采用改变整流变压器的二次抽头或采用星三角变换等方法降低变压器二次侧电压，这样，可控硅整流装置输出低电压时，可在小控制角下工作；须输出高电压时，升高交流侧的电压，这样，使可控硅整流装置尽量运行在小控制角状态。

3.2采用两组变流器的串联供电

对于大容量且电压较高的负载，可采用两组桥式电路串联供电。当负载要求高电压时，两组桥式电路中的可控硅整流管均工作在小控制角的整流状态。负载电压为两组直流电压之和。当负载需要低电压时，使一组桥式电路的可控硅整流管工作在小控制角的整流状态，另一组工作在逆变状态，或采用整流二极管代替可控硅晶闸管。这时，两组整流桥的功率因数都比较高。当两组桥式电路串联工作时，两台变压器的二次侧绕组中的一组为星形接法，另一组为三角形接法。这样，既可消除高次谐波，减小电流波形畸变，又可提高功率因数。

3.3增加整流电路的相数

整流电路的相数越多，电流中高次谐波的最低次数越高，且其幅值减小，畸变因数接近于 1，从而提高了功率因数。

3.4设置补偿电容器

当补偿电容器与可控硅整流装置并联时，会使功率因数得以改善。由于电路中存在高次谐波，如果电容与电路里的电感配合不当，就会产生谐振。因此，在补偿电容器回路中往往串联电抗器。合理选择电感值，可防止产生谐振。

4 提高整流装置功率因数的管理措施

提高整流装置功率因数的管理措施有3项。

4.1开展“提高功率因数”劳动竞赛活动

在离子膜中控岗位制定整流机组功率因数控制指标及考核办法。提出明确的功率因数控制指标，即cosФ大于0.93，4.2完善微机管理制度

设置整流装置功率因数的监测和报警的功能，利于岗位人员对功率因数进行及时调整，针对离子膜后台通讯不畅的缺陷，一方面落实现场操作监控手段，另一方面及时进行了升级改造。

4.3调整整流装置的参数

由于整流装置的导通角控制上限(报警值)设置较低，使得整流装置的平均cosФ远低于预期。为了进一步提高离子膜整流装置的功率因数，降低损耗，将整流装置相控角控制下限(报警值)由10°改为5°，相应的整流装置导通角控制上限(报警值)由140°改为145°。调整全部完成后，离子膜整流装置的整体功率因数得到大幅度提升。

5 提高整流装置cosФ的效果

通过加强对整流运行值班人员的技术培训，提高其业务水平；同时，制定相关的制度和控制指标，以此督促中控值班人员加强监控、认真操作，根据系统电压的变化及时调整整流变的挡位，使导通角处于较高的位置，提高功率因数，获得了很好的经济效益。

(1)实施提高整流装置cosФ的措施后，cosФ从0.86提高到0.95，降低了线路输送电流。以线损为例，德州实华离子膜电解用电量约为10.5亿kW·h/a，其他用电量约为2.3亿kW·h/a。补偿前线损率约为5%，补偿后功率因数从0.86提高到0.95,则可减少线损为：

128 000×5%×[1-(0.86÷0.01)2]=1 158.4万(kW·h/a)。

电价按0.6元/(kW·h)计算,可节约电费：

1 158.4×0.6=695.04万元。

如果加上供电公司对功率因数的奖励85万元，可节约电费开支：

695.04+85=780(万元/a)。

(2)当功率因数从0.86提高到0.95，设备利用率提高了：

(0.95-0.86)÷0.86=10.5% 。

(3)提高功率因数后，可以减少设备投资，充分发挥设备潜能。

(4)提高功率因数，减少了电压损失，降低电压波动，有效改善供电质量。

6 结语

目前，德州实华离子膜整流装置的规模越来越大，其所占公司用电负荷的比例也日益增加。因此，切实落实提高整流装置功率因数的措施，对提高公司电网的供电质量，降低离子膜损耗，都具有非常重要的意义。

[1] 陈跃充, 李建科.合理控制导通角提高电解整流装置功率因数[J].化工生产与技术，2006(3)：48-49.

[编辑：费红丽]

MeasurestoincreasecosФofrectificationdevicesupportingion-exchangemembranecausticsodafacility

SUNShuhui,GENGQinglu

(Dezhou Shihua Chemical Indusrty Co., Ltd., Dezhou 253007, China)

chlor-alkali production; rectification device; power factor; conduction angle

The definition of power factor is introduced. Power factor is one of the main technical and economic indicators of rectification device, and is a coefficient of measuring the efficiency of electrical equipment. Measures to increase cosФ of rectification device supporting ion-exchange membrane caustic soda facility are put forward. Experience gained by Dezhou Shihua Chemical Co. Ltd. in increasing the cosФ are summarized.

TM46

B

1008-133X(2017)08-0001-03

孙书会(1972—)，男，电气工程师，1996年7月毕业于华北电力大学电气专业，多年来一直从事氯碱生产电气与整流装置的设计、安装和改造。.

2017-06-01