整流裝置節能降耗措施

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為了將交流電轉換成直流電供電解裝置使用，氯堿企業都設有一定數量的大功率整流裝置。整流設備的變流效率是衡量其本身設計和結構上先進合理性的重要指標，也是離子膜法燒堿整流裝置運行中降低電耗的關鍵指標。整流設備的效率定義為:效率=輸出功率/輸入功率×100%。由公式可知:整流柜損耗、變壓器的損耗、主電路連接導體的損耗、整流裝置功率因數和整流設備運行溫度等是影響整流效率的重要因素。

1影響整流裝置效率的因素

［1］1．1變壓器的損耗。變壓器的空載損耗主要是鐵芯損耗，包括渦流損耗、磁滯和漏流產生的損耗，它的大小與硅鋼片的性能和鐵芯的制造工藝有關，與負荷大小無關，是基本不變的部分。變壓器的有載損耗也叫銅損，是隨著負載的變化而變化的。降低變壓器損耗的措施可以從如下幾個方面考慮。(1)改進變壓器鐵芯的結構。鐵耗是固定損耗，雖僅占變電損耗的20%～30%，但它在任何負載下都存在，對配變運行的經濟性影響很大。要降低鐵耗，應采用良好的硅鋼片，改進鐵芯的結構和工藝。(2)改進變壓器的絕緣結構，降低負載損耗。負載損耗占變電損耗的70%～80%，數值很大。如果采用減小導線密度和減小繞組匝數的方法來降低負載損耗，則會使變壓器質量增大，浪費材料。最好的方法是改善變壓器的絕緣結構，以減小絕緣體積來減小線圈尺寸，從而減小負載損耗。另外，在制造過程中選用優質的無氧銅線，控制單位導電體的電阻在最小的范圍內，也可降低負載損耗。(3)在50%～60%的負載運行時，變壓器的功率損失率最低，滿載運行時則增加。因此，選用變壓器時，用戶所帶負荷應為變壓器負荷的75%左右，這樣，既能經濟、可靠運行，又有一定的發展余地。1．2整流裝置的損耗。整流裝置的損耗包括半導體閥器件、熔斷器、分壓電阻，以及換相過電壓抑制電路和浪涌過電壓抑制電路之類的元件所產生的損耗，以及各部分連接產生的損耗。降低整流柜的損耗，提高輸出效率應從以下幾個方面進行:①設計時減少整流元件的串聯數，減少裝置本身的壓降損耗;②在保證足夠的絕緣距離和絕緣強度的前提下，應使安裝的兩組逆并聯母線盡量靠近，以減少漏磁通的損耗;③整流柜接線采用同相逆并聯結構，可以降低輸入、輸出母線在機柜中引起的渦流損耗，提高裝置的效率;④整流元件選型要適當，且正向壓降要盡量小;⑤降低整流柜交流側的交流諧波分量引起的損耗;⑥元件的陰、陽極和散熱導體的貼合應緊密，且保持一定的壓力，母線連接應牢靠，減少連接點的壓降和損耗;⑦將純水循環系統調整到最佳工作狀態，控制整流柜在合適的溫度運行。1．3主電路連接導體的損耗。包括變壓器與整流裝置之間以及裝置與裝置之間的導體損耗。變壓器用繞組線圈等導線均為正溫度系數材料，即環境溫度升高、負荷增加等因素使設備溫度升高，從而引起熱損耗增加。且當設備溫度降到一定程度后，冷卻裝置的冷卻效率會大幅降低，得不償失。因此應在允許條件下適當降低設備運行溫度，既降低損耗，又延長設備使用壽命。在設計整流所時，應根據現場實際，盡量緊密連接，在滿足安全和檢修的前提下，應盡可能縮小各設備之間的距離。導體與導體的連接也有一定的關系，如果連接得不好，就會造成該部分的電阻偏大而產生不必要的損耗。導體一般采用相同材質的連接方式，即鋁和鋁相連接、銅和銅相連接。母線類在連接時一定要注意連接質量，處理好接觸面，以免造成損失。1．4整流裝置功率因數的影響。功率因數是衡量電氣設備效率高低的系數，是整流裝置的主要經濟指標。較高的功率因數可有效提高設備出力，提高電壓質量，降低電能的損耗。提高整流裝置功率因數的措施有如下幾個方面。(1)下調相控角的運行范圍。整流裝置觸發相控角α是晶閘管導通程度的直觀表現，一般要求控制觸發相控角α在5°～25°即為合格。在保證現有整流系統安全穩定運行的情況下，可以適當下調相控角的運行范圍在5°～12°之間，這樣非常有利于節能增效，且不增加任何投資。(2)α的降低不但有效降低有功功率，還相應減少了無功功率、畸變功率。交流電流的降低也有效地減少了變電整流裝置的有功損耗和供電線路的損耗，同時提高了整流變壓器和上一級變壓器的利用率。(3)增加整流電路的相數。整流電路的相數越多，電流中高次諧波的最低次數越高，且其幅值也減小，畸變因數更接近于1，從而提高功率因數。1．5溫度的影響。環境溫度會影響整流變壓器和整流柜以及連接銅母線的運行溫度，而運行溫度的提高將引起電阻增加，造成損耗上升。因此，測量計算整流裝置的效率，須進行溫度折算。1．6安裝諧波治理和無功補償裝置。為消除諧波影響，提高功率因數，整流裝置須設置補償電容器。當補償電容器與可控硅整流裝置并聯時，功率因數得到改善。但采用這種方法應注意，由于電路中存在高次諧波，如果電容與電路里的電感配合不當，就會產生諧振。為此，在補償電容器回路中往往串聯電抗器，合理選擇電感值，以防止諧振的產生。

2整流裝置節能降耗的措施

2．1提高整流負荷的輸送電壓。整流裝置都是大功率的交直流轉換裝置，整流所需的功率負荷相當大，因此，整流負荷輸送損耗的高低也影響著整流裝置的效率。適當提高整流負荷的輸送電壓，減小輸送線路的損耗，也可以提高整流效率。一般的，配套6萬t/a以下燒堿規模的整流所，可采用10kV電壓輸送負荷;配套6萬t/a以上燒堿規模的整流所，應采用35kV電壓輸送;配套15萬t/a以上燒堿規模的整流所，應采用110kV甚至更高電壓輸送。2．2盡量減小整流變壓器的調壓范圍。整流變壓器的調壓范圍大大影響整流變壓器的效率，調壓范圍越小，變壓器的效率越高。設計時調壓范圍取70%～105%為宜，如果配合整流變壓器的高壓側星三角切換調壓和可控硅調壓，調壓范圍還可縮小至80%～100%，變壓器效率有明顯提高。2．3整流設備采用。“平面一體化”安裝整流變壓器、整流柜、電解槽采用“平面一體化”安裝方式，盡量縮短交直流連接銅排的長度，降低銅排的發熱損耗，提高整流裝置的效率。具體如下:整流變壓器、整流柜、電解槽基本保持在同一平面進行安裝，并且三者之間盡量靠近，好像一個整體。整流變壓器側出線進整流柜，銅排長度不超過1．2m，整流柜下出線，由地溝內銅排直接出線接電解槽。2．4選用較低的銅排電流密度。交直流銅排導電的一般電流密度為1．2～1．5A/mm2，應選用較低的銅排電流密度即1．2A/mm2。如果適當降低電流密度到1．0A/mm2進行銅排安裝，能達到最佳的節能效果。2．5使用大電流元件的整流柜。當整流柜橋臂使用2～3只大電流元件時，可提高均流系數，降低元件的功率消耗，提高整流效率。整流柜橋臂使用2～3只大電流元件時比整流柜橋臂使用6只元件能減。少45%的整流柜損耗。2．6選用直降式整流變壓器。與整流負荷的輸送道理一樣，整流變壓器網側電壓與輸送負荷電壓應保持一致。其直降電壓越高，則高壓繞組的電流越低，發熱損耗也就越小，因此，整流變壓器的效率越高。在條件允許的情況下，應提高輸送電壓，多采用直降式整流變壓器。

3運行經驗

(1)春季檢修時，整流變壓器風冷設備的風扇、散熱管道除塵要徹底，減少灰塵堵塞管道;保證散熱的進風量和足夠的散熱面積。(2)整流柜室散熱設備要適時投入使用，如果通風量不足，可以增設排氣扇。(3)純水冷卻裝置副水循環系統的散熱塔要及時清污，保養好冷卻風機，保證散熱塔的散熱效果。(4)對純水循環系統的水溫嚴格控制，提高純水裝置的冷卻效率，既降低損耗，也延長整流元件的使用壽命。(5)使用反滲透軟水制出的純水硬度大大降低，電導率也不超過15μS/cm，可保證冷卻效果，減少漏電損耗。(6)加強對整流運行值班人員的技術教育，提高其業務水平，使設備在最優狀況下運行。(7)加強管理，制定控制指標及相關的考核制度。

4降低整流裝置故障率的措施

整流裝置故障停車會造成電流效率下降，電耗上升;使離子膜運行壽命縮短，運行成本及物料損耗上升等;還產生大量的檢修費用。整流裝置常見的故障有硅元件均流不好，特性不一致造成元件損壞，水冷裝置故障造成整流橋臂發熱超溫，外線電壓波動等。降低整流裝置故障率的措施包括如下幾個方面。(1)加強整流柜均流度管理。均流度是整流設備的一個重要技術指標，均流越好，損耗就越小。在運行中，因震動、溫度變化以及元件老化等原因，整流設備的均流度都會發生變化。在現場運行管理中，必須加強對均流度的測量和記錄，并及時調整和更換元件，以保證較高的均流系數，從而降低設備的損耗。(2)提高裝置抗電網波動能力。對離子膜控制電源進行UPS電源技術改造，避免電壓波動引起整個控制電源誤跳。(3)改善離子膜控制柜接地情況。單獨設置保護接地，避免遭電網沖擊影響時，裝置設備元器件燒毀而影響整流裝置高負荷經濟運行的情況。(4)做好裝置設備的消缺工作。認真開展規范科學的巡回檢查工作，對改善設備的運行狀況有明顯的效果。巡回檢查時，發現整流柜、純水裝置漏水、阻容保護線脫離等故障時，及時采取措施進行消缺處理。(5)開展備品、備件的專項管理工作。從整流裝置的故障分析可知，元器件故障損壞約占50%。為此，開展備品、備件的專項管理工作，將所有備件進行統計、歸類，并輸入電腦存檔，實行閉環管理。對損壞的元器件及時進行修復，對整流柜的PLC程序進行備份，便于整流柜的檢修維護，降低檢修費用，縮短檢修時間。(6)如果整流裝置環境中存在潮濕、腐蝕性氣體多的情況，則對數字集成電路板作防塵、防腐處理。

5結語

通過提高整流裝置的變流效率進行節能降耗，可以降低企業的生產成本，增強企業競爭力。氯堿企業的節能降耗問題不應停留在技術層面上，還應在日常的企業管理中加強維護，以減少損耗，方能更好地實現節能增效的目標。

參考文獻

［1］王巖．電解鋁供電系統的節能措施［J］．世界有色金屬，2011(3):70－71．

作者:耿慶魯 李賀 單位:1.德州實華化工有限公司 2.中藍長化工程科技有限公司