35kA/500V非同相逆并聯(lián)整流單元淺析
關(guān)鍵詞:整流柜;三相橋;晶閘管;數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)
0 引言
2004年以來,國內(nèi)三家氯堿知名企業(yè)先后從ABB公司引進了直降大電流晶閘管整流機組,單臺整流器電流20kA,動態(tài)穩(wěn)流精度O.1%、整流效率高于98%,無接點、可靠性高,運行經(jīng)濟效益顯著,但進口價格昂貴,交貨周期長。
2005年7月由西安中電變壓整流器廠與江蘇安邦電化有限公司聯(lián)合開發(fā)生產(chǎn)的單機容量達35 kA/500V,采用5英寸晶閘管的非同相逆并聯(lián)整流器,屬于國內(nèi)首創(chuàng)。并于2005年8月20日在江蘇安邦電化有限公司一次投運成功。經(jīng)過3個多月運行,系統(tǒng)的整體性能達到上世紀(jì)90年代國際同類產(chǎn)品水平,可靠性高,維修量小,穩(wěn)流精度O.1%、整流效率高于98%,噪音、均流等指標(biāo)接近同期的ABB產(chǎn)品,完全可以取代同類進口產(chǎn)品,而投資僅為引進ABB產(chǎn)品的1/7。
1 大功率晶閘管整流電源系統(tǒng)
1.1 整流電源技術(shù)要求
系統(tǒng)電流 60 kA;
系統(tǒng)電壓 500V;
穩(wěn)流精度0.1%;
整流效率>98%。
l.2 整流系統(tǒng)配置
針對上述技術(shù)要求,經(jīng)過充分調(diào)研論證,確定整流系統(tǒng)由2臺35 kV直降非同相逆并聯(lián)整流變壓器(江西變壓器廠生產(chǎn))、2臺額定輸出為35kA/500 V晶閘管整流裝置以及一套計算機控制系統(tǒng)(南瑞生產(chǎn))組成。
系統(tǒng)共有2套整流機組,每組由1臺移相自耦調(diào)壓變壓器(27級有載凋壓)輸出供2臺整流變壓器(Y/△、△/△),三者共油箱,組成12脈波整流,該2套機組與原有的12脈波整流機組共同組成36脈波整流輸出,以提高功率因數(shù),降低諧波電流。整流電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
2 30kA/5OOV晶閘管整流裝置的特點
2.1 整流裝置主體
1)整流電路由于采用軸對式整流橋臂聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu),其母線布局簡單、清晰,橋臂母線整流器件采用共陰、共陽布置。按三相橋6脈波整流布置,共用6根整流橋臂,水路也為6支回路。正面進行整流設(shè)備的維護,維護量也相對減少。
2)整流柜交流進線在整流柜背面A、B、C三相分上下排列,12根母排按1A+、lA一,1B+、lB一,lC+、1C一;2A+、2A一,2B+、2B一,2C+、2C一布置。結(jié)構(gòu)上的特殊設(shè)計,使得整流變壓器至整流柜的交流連接銅排大大縮短,既節(jié)省了一次投資費用,又降低了整流設(shè)備的損耗,提高了整流效率。另外,交流閥側(cè)進線通過軸對稱設(shè)計,合理的交流進線布置可有效地改善沿長度方向的磁場分布,提高支路器件之間的電流均衡度,降低引線電抗和磁場損耗。
3)整流柜為框架結(jié)構(gòu),正面為鋁合金推拉門,具有足夠的機械強度,通過透明玻璃,可監(jiān)視內(nèi)部,便于維護和檢修。整流柜進線銅排與變壓器出線對應(yīng),整流柜、控制柜、操作臺為戶內(nèi)式結(jié)構(gòu)。
4)整流裝置器件臂之間由于絕緣距離在800mm以上,并采用獨有的絕緣自支撐結(jié)構(gòu),無須考慮其間的絕緣。
5)整流柜體發(fā)熱部分采用隔磁材料,以避免渦流引起發(fā)熱的情況。
6)對整流裝置采取了整體加固措施,柜殼用彎板和型材焊接成整體結(jié)構(gòu),其機械強度優(yōu)于拼裝結(jié)構(gòu),使本裝置的噪音和振動較有明顯的降低。
2.2 自動穩(wěn)流控制系統(tǒng)
2.2.1 數(shù)字調(diào)節(jié)觸發(fā)控制系統(tǒng)
1)系統(tǒng)采用運算處理、狀態(tài)顯示、遠程控制、全雙工通訊、信息交換、數(shù)字調(diào)節(jié)器(PID,無振蕩無超調(diào),響應(yīng)時間O.02s)、數(shù)字觸發(fā)器、數(shù)字移相控制、自動限位與綜合保護于一體,系統(tǒng)采用兩個16位單片計算機80C196KC,8位單片機89C5l一個及若干個超大規(guī)模邏輯可編程集成電路,輸出6路帶調(diào)制的觸發(fā)脈沖,性能可靠,抗干擾能力強,運行穩(wěn)定,調(diào)節(jié)維護方便。精心設(shè)計的控制軟件、調(diào)節(jié)器軟件、觸發(fā)器軟件保證了系統(tǒng)的可靠運轉(zhuǎn),其完善的通訊功能有機地實現(xiàn)了智能化、自動化管理。
2)控制器可設(shè)置系統(tǒng)最大電流,避免整流裝置過負荷運行。
3)系統(tǒng)設(shè)置軟啟動功能,由上位機或人機界面預(yù)設(shè)定直流輸出電流值,啟動后輸出電流緩慢線性變化至所需值。
4)系統(tǒng)具有掉電自恢復(fù)及回零保護功能:當(dāng)PT丟失l路或PT全失2s時間內(nèi),控制系統(tǒng)脈沖可保持掉電前狀態(tài),不影響整流器工作;當(dāng)高壓系統(tǒng)缺相時(規(guī)定時間內(nèi)不恢復(fù)),給定信號自動回零,避免高壓重合閘時產(chǎn)生沖擊電流。
5)給定電位由計算機或人機界面數(shù)字設(shè)定,并光電隔離以增強系統(tǒng)的抗干擾能力。
6)通過數(shù)字精確跟蹤控制板的脈沖角位置(有顯示),自動調(diào)整有載開關(guān)調(diào)檔。
7)調(diào)節(jié)器PI參數(shù),初始定相角和最大限幅角等參數(shù)可現(xiàn)場整定、儲存,主電路與控制電路相位可直接通過控制器界面或PC機確定。
8)每臺數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)上各設(shè)置RS一485通訊接口,采用通訊網(wǎng)的方式向中央微機控制系統(tǒng)傳遞信息。
2.2.2 顯示
包括直流電流、直流電壓、控制角及調(diào)節(jié)觸發(fā)器各種狀態(tài)顯示,整流柜故障顯示。
3 PC上位機自動化控制系統(tǒng)
1)計算機控制系統(tǒng),配置了完善的整流自動化監(jiān)控管理軟件,負責(zé)對整個系統(tǒng)的監(jiān)控和操作,包括完成對35 kV開關(guān)、整流變壓器、整流裝置、純水冷卻器等模擬量、開關(guān)量的檢測,顯示、記錄及打印狀態(tài)參數(shù),并對整流設(shè)備進行升降電流及升降檔位的操作。計算機實時顯示的數(shù)據(jù)有網(wǎng)側(cè)交流電壓、交流電流、交流有功功率和功率因數(shù),閥側(cè)交流電壓、直流電壓、直流電流、直流電流給定、整流控制角、整流變壓器油溫,純水冷卻器的水壓及水溫,整流柜進水壓力及出水溫度等。
2)實時顯示的狀態(tài)信息有高壓斷路器分合狀態(tài)、過電流報警狀態(tài)、欠水壓報警、反饋掉線保護、觸發(fā)脈沖丟失或同步信號缺相保護、母線過熱、母線絕緣及電解槽接地保護等。記錄48 h內(nèi)的歷史資料,即直流電壓Ud、直流電流,Id、直流功率Pd、直流電能Pd h;交流網(wǎng)側(cè)電壓U、U2、交流網(wǎng)側(cè)輸入電流,Il、交流網(wǎng)側(cè)有功功率P1、交流網(wǎng)側(cè)有功電能kWh和交流位移因數(shù)cosψ。24h內(nèi)的歷史曲線包括直流電流、直流電壓、整流控制角變化的歷史曲線,交流電壓U1、U2、交流電流和位移因數(shù)變化的歷史曲線,水壓、水溫、油溫變化的歷史曲線等。打印各種數(shù)據(jù)、曲線、報表、操作和事故記錄。
4 調(diào)試和投運
機組并聯(lián)直接帶電解槽投運調(diào)試,整流器負荷均衡24h運行,一臺整流器25 kA,其它負荷均衡24 h運行。經(jīng)現(xiàn)場測試,整流裝置晶閘管的均流系數(shù)均為0.98以上,電流穩(wěn)流精度達到0 1%。投運后,運行正常,工作可靠,達到技術(shù)要求。
5 結(jié)語
本整流器穩(wěn)流精度、均流系數(shù)、噪音等指標(biāo)均達到或接近20世紀(jì)90年代國際水平,整流裝置設(shè)計合理、技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)新穎,工作可靠,產(chǎn)品工藝水平同進日產(chǎn)品相當(dāng),其價格僅為國外引進的同類產(chǎn)品的l/7,完全能夠取代進口的同類產(chǎn)品,是大型電解電源理想的更新?lián)Q代設(shè)備。
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