电解铝行业整流效率影响要素分析

徐明磊

（青铜峡铝业股份有限公司青铜峡铝业分公司，宁夏 吴忠 751603）

整流效率是电解铝生产的重要指标，分析清楚整流效率的影响因素，对于电解铝生产中如何提高电能效率，做好节能降耗工作，有着巨大的促进作用。本文以某铝厂200kA 电解系列为例，从供电整流系统、计量系统对整流效率的影响进行分析。铝电解系列供电工艺过程：从220kV 交流电经过整流机组调压变压器及整流变压器降至1050V 电压后经过整流器整流出额定电压1250V，额定电流200kA 的直流电，供电解车间使用。整流效率定义为（直流电压×直流电流）÷电解用的交流电量×100%。具体分析情况如下。

1 供电车间整流系统对整流效率的影响分析

1.1 整流系统效率计算

1.1.1 变压器部分的损耗△P1

基本参数：

系列电流：213kA；

系列电压：1120V；

整流柜额定电流：37kA；

过载系数：β=（系列电流/机组数量）/（2*整流柜额定电流）；

四机组运行时β=0.719；

五机组运行时β=0.575；

变压器空载损耗Po=147kW；

变压器负载损耗Pf=1020kW；

变压器损耗（整变+调变）△Pb=Po+β2Pf；

四机组运行时△Pb=674kW（674）；

五机组运行时△Pb=484kW（484）；

单机组饱和电抗器损耗：70kW；

单套无功补偿装置损耗：3.6kW。

变压器部分的损耗△P1：四机组运行时为2990kW；

五机组运行时为2788kW。

1.1.2 整流装置部分的损耗△P2（整流柜厂家提供）

（1）四机组运行时：

元件损耗：603kW；

快熔损耗：58.23kW；

母线损耗：64.9kW；

其他损耗：32kW；

合计：758.17kW。

（2）五机组运行时：

元件损耗：603kW；

快熔损耗：46.55kW；

母线损耗：51.9kW；

其他损耗：40kW；

合计：741kW。

整流柜部分的损耗△P2：四机组运行时为758.17kW；五机组运行时为741kW。

1.1.3 主电路连接导线的损耗△P3

此部分包括220kV 进线至变压器架空输电线路、变压器与整流柜之间连接母线，整流柜输出直流母线损耗。

架空输电线路损耗：I2R ≈（712）2*0.000105=53kW。

交流母线损耗：四台机组运行时：12.6kW；

五台机组运行时：19kW。

直流引下线至直流分支母线：5.9kW。

主电连接导线部分的损耗△P3：四机组运行时为152.6kW；五机组运行时为145.2kW。

1.1.4 整流系统总损耗：△P=△P1+△P2+△P3

四机组运行时为3900kW；

五机组运行时为3674kW。

整流效率：η=（系列电压*系列电流）/（系列电压*系列电流+△P）。

整流系统整流效率（部分损耗在计算中未列入，计算整流效率较实际整流效率偏高）：

四机组运行时为98.39%；

五机组运行时为98.48%。

表1 电解启停槽停电时间于整流效率

1.2 影响整流效率的因素

1.2.1 系列电压

为分析系列电压与整流效率之间的关系，筛选电解槽数、环境温度相同的两个月进行对比（2017 年2 月与2016 年3 月运行电解槽数265 台，环境温度相同），曲线见附图，由图可见，相同条件下系列电压越低，整流效率越低，而系列电压取决于单槽电压，因此整流效率的下降与电解生产降槽电压有关。

图1 2017 年2 月与2016 年3 月电解槽数于环境温度情况对比

1.2.2 环境温度

为分析环境对整流效率的影响，筛选电解槽数相同，环境温度差别较大的时期2016 年1 月和8 月的数据进行分析，从图中可以看出温度越高，整流效率越低。这是因为导线为正温度系数材料，环境温度升高、负荷增加等因素使导线温度升高时会引起热损耗增加，但实际运行中不能为降低此项损耗而使设备低温运行 ，因为过低的温度会导致变压器等充油设备密封件老化加快，引起变压器渗漏，带来安全隐患。因此实际运行中尽量调整冷却设备使整流设备保持在一定温度范围。

图2 2016 年1 月和9 月环境温度差别对比

1.2.3 电解启停槽或紧急停电

电解启停电解槽或紧急停电时整流效率会有所下降，电解紧急停电30min，当天整流效率下降2%，而且停电时间越长，整流效率下降幅度越大，所以在电解停电操作时供电车间尽量与电解及中调及时沟通，以缩短停电时间。

2 计量系统整流效率分析

2.1 总直流互感器现状

200kA 总直流互感器是2005 年5 月安装使用的，该互感器的温差漂移较大（理论计算值温差升高10 摄氏度，整流效率降低0.3%）在2015 年、2017 年进行过调试、但温漂每年变化幅度在0.2-0.5%之间。温差导致的飘逸似的互感器的稳定性很难保证。

（1）2015 年总互感器校验数据。

表2 2015 年总互感器校验数据

（2）2017 年总互感器校验数据。

表3 2017 年总互感器校验数据

2.2 计量系统影响整流效率因素分析

（1）总进线电量计量误差。

（2）动力变电量计量误差。

（3）总直流互感器电流、电压计量误差。

总进线表每三个月现场检验一次，误差为0.2%可忽略不计。动力变220kV 侧计量表计为综合测试仪7700，该表无法校验，但与10kV 侧计量表计7330 相比对，数据稳定，可忽略其误差。电压计量表每年进行定检，影响可以忽略不计。影响整流效率最大的因素为总直流互感器的误差及温度温漂，但2017 年3 月校验时，该表误差符合0.5 级。但从2011 年～2017 年整流效率的数据看（在其它条件不变的情况下）该互感器随着运行时间增加有偏低的趋势。（大致每年降低0.05%～0.5%左右，2017 年降幅为0.7%）。

3 结语

通过以上分析，可以明确的看出影响整流效率的因素，因此为了有效提高整流效率，降低能耗，设备选型时选择高效节能设备可以有效降低损耗，提升整流效率。在后期运行过程中，加强计量表计的效验维护可以提升计量准确度，确保整流效率计算精准可靠。