电解整流装置的应用分析
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电解整流装置应用分析
摘要：随着氯碱公司烧碱生产规模的扩大，电解工序增加三台整理装置，采用的是九江九整整流器有限公司生产的新一代产品。整流系统的稳定运行，对于氯碱行业生产的平稳至关重要，以下对我公司的整流装置的工作原理及特点进行较为详细的阐述。
关键词：整流变、同相逆并联、三相桥式全控整流电路、接线图、晶闸管导通情况表、整流柜的特点、控制柜的特点。
6 整流柜的原理
6.1整流柜电气参数介绍
整流柜型号为：KHS-17.6KA/630V。整流柜为户内安装型式，防护等级IP40。单柜直流额定输出：630V，17.6KA。 整流机组数：3组。 单机组脉波数：6脉波。 等效脉波数：18脉波。 整流柜电流储备系数≥3；整流柜电压储备系数≥4。 整流柜均流系数≥0.95。冷却方式：主回路冷却方式为纯水-----水冷却。 保护齐全，具有可靠的内部和外部过电压吸收装置及可指示损坏快熔位置的快熔损坏检测电路。 进出线方式：阀侧后进线，直流柜顶部出线。直流电流调节范围：0-100%Idn； 快熔：采用高分断、热稳定性好、低电阻的快速熔断器。
4 整流桥臂的电感分析
以A臂相为例，电感等于本相的自感加减本相与其它导排的互感
电感公式为： L1=LA-MA*D+MA*G-MA*F
自感自感公式：LA=2L(Ln2L/D-1)*10-9H
互感计算公式：MA*D=2L(Ln2L/D-1)* 10-9H
MA*G=2L(Ln2L/D-1)* 10-9H
MA*F=2L(Ln2L/D-1)* 10-9H
5 支路臂的电流估算
支路电流等于17.6KA/6≈2.9KA，支路元件数，一般选择δ3英寸元件，安全系数为3.5倍，每只管子的平均电流i=2.9*3.5/3=3.38KA,所以选择三只3.5KA/3000V的晶闸管。选择三只晶闸管并列运行，当一个晶闸管损坏时，另两个晶闸管正常并列，不影响整流系统的工作。此时需要考虑均流系数。均流系数等于（各元件电流之和/并联元件数）/并联元件的最大电流，公式为：K=∑Ii/n/Imax一般可以按照均流系数K≥0.9考虑，如果均流系数小于0.6时应该及时更换晶闸管，避免一个晶闸管损坏后，另两个晶闸管过流损坏，造成整流系统的停车事故。
L：导排长度 单位：cm
D:自几何均距 D=0.224(a+b) 单位：cm,其中a,b分别为导排的宽和高。
互几何均距的计算比较复杂，不在罗列。
通过计算不难判断，同相逆并联整流接线系统中对导排电感影响最大的是导排长度L,导排之间的互几何均距D对电感的影响比较小，当几何均距达到80cm之后，互感就可以忽略不计。
参考Βιβλιοθήκη Baidu献：
【1】王兆安 黄俊 《电力电子技术》 机械工业出版社 2008.4
【2】天津电气传动设计研究所 《电气传动自动化技术手册》机械工业出版社 2009.6
【3】张进召 扬延杰 张东升《同相逆并联整流电路的应用》 中国氯碱 2006.7
AnalysisofelectrolyticrectifierChlor AlkaliCompany
Sun Changwen
(Tangshan SanyoualkaliCo. Ltd. HebeiTangshan 063305)
Abstract:with the expansionof caustic soda productionof chlor alkalicompanyscale,electrolyticprocess increasethreefinishing device,is used inJiujiang ninewholerectifierlimitedproduction of a new generation ofproducts.Stable operationof the rectifier system,stablevitalforchlor alkali industryproduction,working principle and characteristics ofrectifying devicebelowto my company'sdetail.
第二组线圈回路中晶闸管导通情况
时段
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
共阴极组中导通的晶闸管
V7
V11
V11
V3
V3
V7
共阳极组中导通的晶闸管
V4
V4
V8
V8
V12
V12
整流输出电压Ud2
Ub2a2
Uc2a2
Uc2b2
Ua2b2
Ua2c2
Ub2c2
同相逆并联两组整流输出电压
整流输出电压Ud=Ud1+Ud2
Ua1b1+Ub2a2
1 电解整流系统介绍
1.1整流变的特点
我公司烧碱40/50（二期）电解变采用主调共油箱，由一台自耦调压变压器调压，带1台整流变压器，组成单机组6脉波，一次接线方式：曲折星形移相接线，3台机组18脉波，与原有运行的4套整流变压器24脉波组成42脉波，合理确定移相角与原有整流变压器组成42脉波。整流变电源电压：AC35kV±10%，50Hz±1%。有载开关调压范围65～105%。调压方式：有载调压变压器＋晶闸管细调，有载开关：27级，能手动-自动升降调变挡位，将控制角控制在5-25°之间。
7.3触发脉冲的要求
对于一套整理回路，假定共六个晶闸管工作，每个时刻有2个晶闸管导通，组成对电解槽供电的系统。其中一个晶闸管是共阴极，另一个就是共阳极，且不在同一个桥臂。六个晶闸管的触发脉冲按照相位依次差60度输入到每个晶闸管。这就要求每个周期内触发电路准确输出六个触发信号来控制晶闸管的导通顺序。硬件系统主要由JM810数控器、JM301交流变换器、JM360触发电源等功能单元组成。
Ua1c1+Uc2a2
Ub1c1+Uc2b2
Ub1a1+Ua2b2
Uc1a1+Ua2c2
Uc1b1+Ub2c2
3.3 晶闸管导通原理
图二中Ⅰ至Ⅵ共6个晶闸管导通的时段，每个时段电角度是60°，这六个时段反应出交流电一个周波内的整流工作情况。由晶闸管导通情况看出，如果控制晶闸管的触发角保证在每个换流时刻，发触发脉冲，也就是触发角ɑ=0°，则每个晶闸管最大导通角120°。实际上整流装置工作时，控制触发角的大小，就可以控制整流装置输出的直流电流大小。结合图一、图二、表一分析晶闸管在Ⅰ时段的导通情况：图一中箭头所指为i1、i2的电流走向，此时由于Ua1b1在正半周，i1经过a1线圈→A臂→V1→电解槽正负极→V6→F臂→b1→a1线圈，同一时段Ub2a2也在正半周，i2经过b2→G臂→V7→电解槽正负极→V4→D臂→a2线圈。证明在Ⅰ时段，在变压器次级线圈、桥臂及晶闸管中流过大小相等，方向相反的交流电流。
图一
3 三相桥式全控整流电路的原理及晶闸管导通情况详述
3.1 三相桥式全控整流电路的原理图
三相桥式全控整流电路带电阻负载假设ɑ=0°时候的波形如下图二、图三所示Ud1、Ud2是整流电路输出的直流电压,也就是波形图中粗实线部分，也是线电压在正半周的包络线。图中只画出两个晶闸管的电流和电压的波形图，其他晶闸管依据导通原理，同样可以得到它们的波形图，此处省略。
7.2同步脉冲的重要性
整流控制系统中在每个换流时刻，保证晶闸管导通的是两个必要条件，一是阳极与阴极之间必须有正向电压，二是必须保证控制极与阴极加上正向触发脉冲。而触发脉冲是以同步信号为根据发出的，所以获取稳定而精确的同步信号，对于系统产生准确的触发脉冲至关重要。经高压电网电压互感器PT取得的同步电压到每台整流控制柜的控制系统必须经过一个移相变压器使同步电压与晶闸管交流输入电压的相位一致。由于我公司外网的供电线路比较长且分散，电力系统中的电压质量不好，尤其是系统出现单相接地事故时，很容易造成同步电压的相位不一致，使得晶闸管在换流时刻不能正确得到触发脉冲，整流系统输出电流出现很大波动，造成停机事故发生。所以我公司正逐步对整流系统同步电压的回路进行改造，由变压器阀侧直接取得，避免由于整流系统由于同步信号的不正常引起的停车事故。
图二
图三
3.2 晶闸管导通情况表
表一三相桥式全控整流电路电阻负载α=0°时晶闸管工作情况
第一组线圈回路中晶闸管导通情况
时段
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
共阴极组中导通的晶闸管
V1
V1
V5
V5
V9
V9
共阳极组中导通的晶闸管
V6
V10
V10
V2
V2
V6
整流输出电压Ud1
Ua1b1
Ua1c1
Ub1c1
Ub1a1
Uc1a1
Uc1b1
6.2整流柜的保护
整流柜的保护比较齐全，主要包括：操作过电压保护、换向过电压保护、硅元件故障保护、桥臂过热保护、纯水压力保护、水温保护等。
7 整理控制柜原理简述
7.1整理柜功能介绍
采用九江九整整流器有限公司研制生产的产品，型号是：KZX10。控制柜的关键是JM810晶闸管数字稳流控制器，自动化监控核心是机组PLC。采用完全独立的全数字化的双通道系统构成冗余热备用设计，只需要一个JM810数字控制器就能确保稳流系统的可靠工作。所有控制转换均可由PLC进行控制，并可通过通讯接口由上位计算机进行监控。PLC可与中控室DCS接口，采用继电器隔离，增强抗干扰能力。机组与上位计算机通讯采用光纤以太网方式。各种保护齐全，如过载、过流、电流反馈丢失保护、水温过高、水压过低、元件坏、母线温度过高、互感器电流反馈丢失等。
Keywords:rectifier transformer,cophase counter parallel connection,three-phasefull bridge controlled rectifier circuit,wiring diagram,the thyristorrectifier cabinettable,the characteristics,the characteristics ofcontrolcabinet.
1.2整流柜的的介绍
整流柜额定直流输出：630V，17.6kA（一台整流变压器带一台整流柜）。整流方式：晶闸管三相全控桥式整流同相逆并联。
2 同相逆并联的原理及接线方式
2.1 同相逆并联的原理
硅整流装置同相逆并联接线是六十年代日本富士公司最早引进的技术，基本原理是将整流变二次侧每一对同相序，相同参数的绕组按照反极性在变压器出线柱接出，它们的母排和整流桥臂在空间上是相互平行布置，且相邻桥臂尽可能的靠近，而后把两套整流回路输出的直流正负极并联起来。其特点是由于两个绕组极性相反，交流母排部分及桥式整流桥臂流过的电流在任何瞬间总是大小相等,方向互差180度，由电磁感应原理知道，相邻平行导体中的互感应磁场抵消，消除了整流装置涡流损耗引起的发热，降低了系统的噪声，使电路的电感减小，增加了相间和臂间的阻抗对称性，提高整流晶闸管的均流度，提高整流系统的功率因数，无需补偿电容。
2.2 同相逆并联的接线方式
接线原理如图(一)所示,(图中对整流变压器的初级线圈未画出，初级线圈为曲折星型接法)。图中整流变压器二次侧每相有两个匝数相等，极性相反的绕组，分别接成两组三相桥式全控整流电路。它们可以分解成两个整流系统:一个是由a1、b1、c1三个变压器次级线圈出线端及晶闸管V1、V2、V5、V6、V9、V10所组成的整流单元；另一个是由a2、b2、c2三个变压器次级线圈出线端及整流管V3、V4、V7、V8、V11、V12所组成的整流单元。这两个单元在交流侧是相互独立的,而且要求互相绝缘,整流后才得它们的正负极分别并接起并接起来供负载，整理输出电流是两个单元电流之和。
摘要：随着氯碱公司烧碱生产规模的扩大，电解工序增加三台整理装置，采用的是九江九整整流器有限公司生产的新一代产品。整流系统的稳定运行，对于氯碱行业生产的平稳至关重要，以下对我公司的整流装置的工作原理及特点进行较为详细的阐述。
关键词：整流变、同相逆并联、三相桥式全控整流电路、接线图、晶闸管导通情况表、整流柜的特点、控制柜的特点。
6 整流柜的原理
6.1整流柜电气参数介绍
整流柜型号为：KHS-17.6KA/630V。整流柜为户内安装型式，防护等级IP40。单柜直流额定输出：630V，17.6KA。 整流机组数：3组。 单机组脉波数：6脉波。 等效脉波数：18脉波。 整流柜电流储备系数≥3；整流柜电压储备系数≥4。 整流柜均流系数≥0.95。冷却方式：主回路冷却方式为纯水-----水冷却。 保护齐全，具有可靠的内部和外部过电压吸收装置及可指示损坏快熔位置的快熔损坏检测电路。 进出线方式：阀侧后进线，直流柜顶部出线。直流电流调节范围：0-100%Idn； 快熔：采用高分断、热稳定性好、低电阻的快速熔断器。
4 整流桥臂的电感分析
以A臂相为例，电感等于本相的自感加减本相与其它导排的互感
电感公式为： L1=LA-MA*D+MA*G-MA*F
自感自感公式：LA=2L(Ln2L/D-1)*10-9H
互感计算公式：MA*D=2L(Ln2L/D-1)* 10-9H
MA*G=2L(Ln2L/D-1)* 10-9H
MA*F=2L(Ln2L/D-1)* 10-9H
5 支路臂的电流估算
支路电流等于17.6KA/6≈2.9KA，支路元件数，一般选择δ3英寸元件，安全系数为3.5倍，每只管子的平均电流i=2.9*3.5/3=3.38KA,所以选择三只3.5KA/3000V的晶闸管。选择三只晶闸管并列运行，当一个晶闸管损坏时，另两个晶闸管正常并列，不影响整流系统的工作。此时需要考虑均流系数。均流系数等于（各元件电流之和/并联元件数）/并联元件的最大电流，公式为：K=∑Ii/n/Imax一般可以按照均流系数K≥0.9考虑，如果均流系数小于0.6时应该及时更换晶闸管，避免一个晶闸管损坏后，另两个晶闸管过流损坏，造成整流系统的停车事故。
L：导排长度 单位：cm
D:自几何均距 D=0.224(a+b) 单位：cm,其中a,b分别为导排的宽和高。
互几何均距的计算比较复杂，不在罗列。
通过计算不难判断，同相逆并联整流接线系统中对导排电感影响最大的是导排长度L,导排之间的互几何均距D对电感的影响比较小，当几何均距达到80cm之后，互感就可以忽略不计。
参考Βιβλιοθήκη Baidu献：
【1】王兆安 黄俊 《电力电子技术》 机械工业出版社 2008.4
【2】天津电气传动设计研究所 《电气传动自动化技术手册》机械工业出版社 2009.6
【3】张进召 扬延杰 张东升《同相逆并联整流电路的应用》 中国氯碱 2006.7
AnalysisofelectrolyticrectifierChlor AlkaliCompany
Sun Changwen
(Tangshan SanyoualkaliCo. Ltd. HebeiTangshan 063305)
Abstract:with the expansionof caustic soda productionof chlor alkalicompanyscale,electrolyticprocess increasethreefinishing device,is used inJiujiang ninewholerectifierlimitedproduction of a new generation ofproducts.Stable operationof the rectifier system,stablevitalforchlor alkali industryproduction,working principle and characteristics ofrectifying devicebelowto my company'sdetail.
第二组线圈回路中晶闸管导通情况
时段
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
共阴极组中导通的晶闸管
V7
V11
V11
V3
V3
V7
共阳极组中导通的晶闸管
V4
V4
V8
V8
V12
V12
整流输出电压Ud2
Ub2a2
Uc2a2
Uc2b2
Ua2b2
Ua2c2
Ub2c2
同相逆并联两组整流输出电压
整流输出电压Ud=Ud1+Ud2
Ua1b1+Ub2a2
1 电解整流系统介绍
1.1整流变的特点
我公司烧碱40/50（二期）电解变采用主调共油箱，由一台自耦调压变压器调压，带1台整流变压器，组成单机组6脉波，一次接线方式：曲折星形移相接线，3台机组18脉波，与原有运行的4套整流变压器24脉波组成42脉波，合理确定移相角与原有整流变压器组成42脉波。整流变电源电压：AC35kV±10%，50Hz±1%。有载开关调压范围65～105%。调压方式：有载调压变压器＋晶闸管细调，有载开关：27级，能手动-自动升降调变挡位，将控制角控制在5-25°之间。
7.3触发脉冲的要求
对于一套整理回路，假定共六个晶闸管工作，每个时刻有2个晶闸管导通，组成对电解槽供电的系统。其中一个晶闸管是共阴极，另一个就是共阳极，且不在同一个桥臂。六个晶闸管的触发脉冲按照相位依次差60度输入到每个晶闸管。这就要求每个周期内触发电路准确输出六个触发信号来控制晶闸管的导通顺序。硬件系统主要由JM810数控器、JM301交流变换器、JM360触发电源等功能单元组成。
Ua1c1+Uc2a2
Ub1c1+Uc2b2
Ub1a1+Ua2b2
Uc1a1+Ua2c2
Uc1b1+Ub2c2
3.3 晶闸管导通原理
图二中Ⅰ至Ⅵ共6个晶闸管导通的时段，每个时段电角度是60°，这六个时段反应出交流电一个周波内的整流工作情况。由晶闸管导通情况看出，如果控制晶闸管的触发角保证在每个换流时刻，发触发脉冲，也就是触发角ɑ=0°，则每个晶闸管最大导通角120°。实际上整流装置工作时，控制触发角的大小，就可以控制整流装置输出的直流电流大小。结合图一、图二、表一分析晶闸管在Ⅰ时段的导通情况：图一中箭头所指为i1、i2的电流走向，此时由于Ua1b1在正半周，i1经过a1线圈→A臂→V1→电解槽正负极→V6→F臂→b1→a1线圈，同一时段Ub2a2也在正半周，i2经过b2→G臂→V7→电解槽正负极→V4→D臂→a2线圈。证明在Ⅰ时段，在变压器次级线圈、桥臂及晶闸管中流过大小相等，方向相反的交流电流。
图一
3 三相桥式全控整流电路的原理及晶闸管导通情况详述
3.1 三相桥式全控整流电路的原理图
三相桥式全控整流电路带电阻负载假设ɑ=0°时候的波形如下图二、图三所示Ud1、Ud2是整流电路输出的直流电压,也就是波形图中粗实线部分，也是线电压在正半周的包络线。图中只画出两个晶闸管的电流和电压的波形图，其他晶闸管依据导通原理，同样可以得到它们的波形图，此处省略。
7.2同步脉冲的重要性
整流控制系统中在每个换流时刻，保证晶闸管导通的是两个必要条件，一是阳极与阴极之间必须有正向电压，二是必须保证控制极与阴极加上正向触发脉冲。而触发脉冲是以同步信号为根据发出的，所以获取稳定而精确的同步信号，对于系统产生准确的触发脉冲至关重要。经高压电网电压互感器PT取得的同步电压到每台整流控制柜的控制系统必须经过一个移相变压器使同步电压与晶闸管交流输入电压的相位一致。由于我公司外网的供电线路比较长且分散，电力系统中的电压质量不好，尤其是系统出现单相接地事故时，很容易造成同步电压的相位不一致，使得晶闸管在换流时刻不能正确得到触发脉冲，整流系统输出电流出现很大波动，造成停机事故发生。所以我公司正逐步对整流系统同步电压的回路进行改造，由变压器阀侧直接取得，避免由于整流系统由于同步信号的不正常引起的停车事故。
图二
图三
3.2 晶闸管导通情况表
表一三相桥式全控整流电路电阻负载α=0°时晶闸管工作情况
第一组线圈回路中晶闸管导通情况
时段
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
共阴极组中导通的晶闸管
V1
V1
V5
V5
V9
V9
共阳极组中导通的晶闸管
V6
V10
V10
V2
V2
V6
整流输出电压Ud1
Ua1b1
Ua1c1
Ub1c1
Ub1a1
Uc1a1
Uc1b1
6.2整流柜的保护
整流柜的保护比较齐全，主要包括：操作过电压保护、换向过电压保护、硅元件故障保护、桥臂过热保护、纯水压力保护、水温保护等。
7 整理控制柜原理简述
7.1整理柜功能介绍
采用九江九整整流器有限公司研制生产的产品，型号是：KZX10。控制柜的关键是JM810晶闸管数字稳流控制器，自动化监控核心是机组PLC。采用完全独立的全数字化的双通道系统构成冗余热备用设计，只需要一个JM810数字控制器就能确保稳流系统的可靠工作。所有控制转换均可由PLC进行控制，并可通过通讯接口由上位计算机进行监控。PLC可与中控室DCS接口，采用继电器隔离，增强抗干扰能力。机组与上位计算机通讯采用光纤以太网方式。各种保护齐全，如过载、过流、电流反馈丢失保护、水温过高、水压过低、元件坏、母线温度过高、互感器电流反馈丢失等。
Keywords:rectifier transformer,cophase counter parallel connection,three-phasefull bridge controlled rectifier circuit,wiring diagram,the thyristorrectifier cabinettable,the characteristics,the characteristics ofcontrolcabinet.
1.2整流柜的的介绍
整流柜额定直流输出：630V，17.6kA（一台整流变压器带一台整流柜）。整流方式：晶闸管三相全控桥式整流同相逆并联。
2 同相逆并联的原理及接线方式
2.1 同相逆并联的原理
硅整流装置同相逆并联接线是六十年代日本富士公司最早引进的技术，基本原理是将整流变二次侧每一对同相序，相同参数的绕组按照反极性在变压器出线柱接出，它们的母排和整流桥臂在空间上是相互平行布置，且相邻桥臂尽可能的靠近，而后把两套整流回路输出的直流正负极并联起来。其特点是由于两个绕组极性相反，交流母排部分及桥式整流桥臂流过的电流在任何瞬间总是大小相等,方向互差180度，由电磁感应原理知道，相邻平行导体中的互感应磁场抵消，消除了整流装置涡流损耗引起的发热，降低了系统的噪声，使电路的电感减小，增加了相间和臂间的阻抗对称性，提高整流晶闸管的均流度，提高整流系统的功率因数，无需补偿电容。
2.2 同相逆并联的接线方式
接线原理如图(一)所示,(图中对整流变压器的初级线圈未画出，初级线圈为曲折星型接法)。图中整流变压器二次侧每相有两个匝数相等，极性相反的绕组，分别接成两组三相桥式全控整流电路。它们可以分解成两个整流系统:一个是由a1、b1、c1三个变压器次级线圈出线端及晶闸管V1、V2、V5、V6、V9、V10所组成的整流单元；另一个是由a2、b2、c2三个变压器次级线圈出线端及整流管V3、V4、V7、V8、V11、V12所组成的整流单元。这两个单元在交流侧是相互独立的,而且要求互相绝缘,整流后才得它们的正负极分别并接起并接起来供负载，整理输出电流是两个单元电流之和。