离子膜制碱整流设备选型及损耗计算

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离子膜制碱整流设备选型及损耗计算

2007年根据公司发展要求，经公司领导及上级公司研究决定：对我公司原两万吨金属阳极制碱进行改造，改造为现阶段技术先进的离子膜制碱工艺。

离子膜制碱整流设备选型

整流变压器是为电化学工业提供低电压、大电流直流电的电力设备，特别是在离子膜制碱工艺中，整流设备的要求更加严格。

一、 整流变压器与电力变压器的区别

1、 等效相数不同

电力变压器的输出电压波形一个周期内（理论上）只有3个正弦波。整流变压器则不同，根据电力系统谐波管理要求及工艺要求，可以有6脉波式或6的倍数至48脉波。

2、 阀侧输出电压不同

电力变压器二次输出按国家电网要求严格按照电网电压等级进行制造。而整流变压器阀侧输出是根据电化学工艺要求进行制造，一般阀侧输出电压较低，为几伏到几百伏不一。

3、 计算方法不同。

二、 整流变压器的技术特点

1、 整流变压器是大功率的用电设备，在其运行过程中为了提高其功率因数，减少阀侧谐波电流，按国家电网的有关要求和规

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定，必须提高整流变压器的脉波数。为达到此目的，一般都采用移相的方法，移相的目的是使整流变压器二次绕组的同名端线电压之间有一个相位移。从而提高整流设备的脉波数，移相的方法有多种，主要是星角形式绕组移相和机组形式绕组移相。

（1）、星角绕组移相一般只主变压器绕组一次绕组和二次绕组移相。一次绕组有一个连接成Y 或D 的三相绕组。二次绕组有两个分别连接成Y或D 的二次绕组。

（2）、机组绕组移相也叫一次绕组移相。在多台整流装置并联运行时，在整流变压器阀侧设置移相线圈，得到所要求的任意相位移，并通过不同的向位移的组合，构成更高的等效脉波数，进而抑制产生谐波。通用公式为:P=6N,P 为脉波数，N为并联变压器台数。

2、电压调节

整流变压器的电压调节方式一般有两种：有载调压和无载调压，当使用硅整流管时，多采用有载调压方式，以自饱和电抗器作极间细调。当使用硅晶闸管时，可采用无载调压方式。根据工艺要求一般采用有载调压方式，晶闸管控制角细调，以满足生产工艺的要求。

2、 二次绕组引出线接线

当整流变压器的二次绕组引出线接线排列时，把电流方向相反的向邻近的引出线与整流元件连接，这种接线方式称为同相逆并联。

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采用同相逆并联的接线方式可以减少电能损耗和避免设备在交流磁场的影响下严重发热，提高变流效率和功率因数。 目前，整流装置常用的整流电路为三相桥式电路和双反星型整流电路，两者相比，三相桥式整流电路的优点是变压器的利用率高，结构简单。双反星型整流电路需要平衡电抗器，体积大、投资大、损耗增加。

进过市场调查最后决定如下：

变压器型号：ZHSFPT—12200/35

整流柜型号：KHS—2×14.85KA/340V

主系统形式：三相桥式同相逆并联晶闸管整流。

整流电路脉波及安装方式：

单台整流柜采用三相桥式6脉波整流。两台整流柜为一个机组，通过一台有载调压整流变压器网侧并联组成等效12脉波整流系统。

系统运行方式：

整套整流机组并联运行，每台整流柜输出额定电流14.85KA ，额定电压340V，供一套电解槽。两台整流柜带两台电解槽，可同时运行，也可单独运行。

三、 整流控制控制方案与保护：

整流机组设“远控” 和“就地”控制两种方式，并采用PLC触摸液晶显示屏操作模式，每台整流柜各采用一套独立控制系统，机组采用PLC控制，除模拟量模块外还有输入输出模块和

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通信模块，机组就地稳流控制柜中的PLC与总控室DCS控制系统通讯。

每台整流柜配一台就地控制柜，就地控制柜主要由稳流控制系统（计算机软件调节触发控制系统）、PLC触摸屏显示/监控系统两部分组成并配有PROFIBUS高速系统通讯接口。机组稳流控制系统由两套完全独立的电流调节及脉冲触发回路，对整流柜进行控制，每组回路主要由电源单元、计算机调节触发单元、脉冲功放单元等三部分组成，由它产生晶闸管整流装置所需的6路触发脉冲。计算机软件调节器能产生高精度和高对称度的触发脉冲，具有很强的保护和适应现场环境的能力，并具有同步电源频率与相位自适应调节与控制。

整流控制柜及远控台均能调节电流并按设置电流运行，调节控制整流器电流的反馈信号采用交流、直流双反馈输入，当一路反馈信号故障时自动无扰动切换到另一路反馈信号，当双反馈信号断线后稳流控制系统转为开环手动运行并报警。

1.1触发控制系统

1）、采用运算处理、状态显示、远程控制、全双工通信、信息交换、数字调节器、数字触发器、数字移相控制、自动限位与综合保护与一体。性能可靠，抗干扰能力强，运行稳定。

2）、最大电流限制：控制器可设置系统最大电流，避免整流装置过负荷运行。

3）、系统软启动功能。

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4）、系统掉电自恢复及回零保护功能：

当PT 丢失一路2秒时间内并很快恢复供电时，控制系统自动缓慢恢复到掉电前状态，不影响整流器工作；当高压系统缺相时，给定信号自动回零，避免高压重合闸时产生冲击电流，当触发电路调节不在零位时，系统拒绝运行。

5）、电流给定为数字给定，光电隔离以增强抗干扰能力。

6）、通过数字信号采集精确跟踪控制板的脉冲角位置，自动调整有载开关升降档。

7）、调节器PI参数，初始给定角和最大限幅角等参数可通过界面整定、储存。

8）、DCS可通过硬线I/O方式直接停整流器，即将其中一台整流器脉冲封锁。

1.2、保护部分：1）、直流电流过载报警保护。2）、失同步报警保护。3）、控制角越上限、控制角越下限保护。4）、无反馈信号保护。5）辅助电源欠电压报警。

1.3、PLC数据处理：通过I/O 模块采集现场的开关量及模拟量信号，经过运算对现场设备进行直接控制完成机组稳流控制、故障检测与保护、辅机系统数据采集机监视的机组相关控制。同时，通过工业现场总线网将采集信号、设备动作信号、故障信号等现场状况实时传递给DCS。

2、微机监控系统（PC计算机操作台）

3、极化整流器

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极化电源用于保槽直流电源。电源可选择手动或自动投运（主整流器电流升至2700A时自动切除极化电源；主整流器电流小于2700A时自动投入极化电源。

四、 参数及损耗计算

1、 整流柜主要技术参数

1）、单柜额定输出直流电压：Udn=340V

2）、单柜额定输出直流电流：Idn=14.85KA

单机组额定输出直流电流：Idn=2×14.85KA、

2、 理想空载直流电压：Udio=（Udn+SniUt+∑Us）/COCA（（1

－B/100）－KxEx/100－⊿P/Pt）=391V

其中：Udn=340V （额定输出直流电压）∑Us=2.5V（附加压降） S=2 （换向数） Ns=1（串联元件数） Ut=1.15V（额定运行时元件最高正向峰值电压）

B=5（电网电压波动值） Kx=0.5（折算系数）

Ex=10（变压器短路阻抗） ⊿P/Pt=1％（变压器铜损） A=5(控制角)

1）、阀侧电压：Uvo=Udio/1.35=289.6V

2）、阀侧电流：Iv=0.816Idn/2=6058.8A（双桥）

3）、阀侧臂电流（平均值）

IA(AV)=14850/3/2=2475A

2、损耗及效率计算

2.1、晶闸管损耗： 0

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元件正向峰值压降UTM≤1.15V,门槛电压UTO=0.96V,斜率电阻RT为0.098（豪欧），整流柜额定输出时，流过元件的实际平均电流IF(AV)=1237A,元件压降为：

UTMN=0.96+0.000098×1237=1.08V

1)、元件正向功率损耗：

P1=SUTMNIDN=2×1.08×14.85=32KW

2)、元件的反向损耗：

P2=NBNPIRRM/S×UDN=(12×2×14.85×10/2)=0.06KW

3)、每柜快熔损耗:

P3=IF×RFU×NP=3KW

4)、母线损耗：

整流柜内合金母线电阻：R I=0.03499(L/S)

A、柜元件损耗

R41=7.9×10欧

P41=2NBIVPR41(NP+1)(2NP+1)/6NP=2.17KW

B、快熔母线损耗:

R42=7.9×10欧

P42=2NBIVPR41(NP+1)(2NP+1)/6NP=0.96KW

C、元件与快熔间连接母线损耗：

R43=7.2×10欧

P43=12/NPIVPR42=0.79KW

母线总损耗： 2-622-622-62-3

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P4=P41+P42+P43=3.29KW

5)、杂散损耗：

P5=1.5KW

6)、整流柜总损耗：

△P=P1+P2+P3+P4+P5=40.48KW

7)、整流变压器损耗：P=59KW

2.2、整流装置效率：

N=UDNIDN/(UDNIDN+△P)=98％

通过选型和损耗计算，最终定型。现整流设备运行正常，达到选型预期 。

苏善文 2010-10-29

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/288e.html