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                                                               關(guān)鍵詞：電解鋁；整流；快熔

    牛永蘭（1965－）
女，工程師，主要從事工廠電氣管理工作。

    蘭州鋁業(yè)股份有限公司大型預(yù)焙槽電解鋁技術(shù)改造項(xiàng)目，采用國(guó)內(nèi)目前最大350kA的預(yù)焙電解槽，全系列288臺(tái)電解槽，單系列電解鋁年產(chǎn)能達(dá)到26萬噸。由于全系列直流電壓1350V，直流電流350kA，對(duì)整流機(jī)組的設(shè)計(jì)和應(yīng)用水平要求越來越高，而做為業(yè)主，選擇合理的整流方式和元件以保證滿足生產(chǎn)工藝要求和提高整流機(jī)組運(yùn)行可靠性，對(duì)后續(xù)達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)顯得尤為重要。

1     整流方案的確定

    電解鋁廠整流所采用的整流技術(shù)目前仍為晶閘管整流和有載調(diào)壓器開關(guān)粗調(diào)配自飽和電抗器細(xì)調(diào)的兩大技術(shù)方案。

    1.1    晶閘管整流裝置

    晶閘管整流具有響應(yīng)速度快、調(diào)壓范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)采用晶閘管整流時(shí)，調(diào)壓整流變壓器按常規(guī)不必采用大范圍調(diào)壓的有載調(diào)壓開關(guān)，可采用無載分接開關(guān)，這樣不僅可以充分利用晶閘管的優(yōu)點(diǎn)，而且，可以大大節(jié)省投資。但國(guó)內(nèi)幾家采用晶閘管整流的電解鋁廠仍采用了較多級(jí)數(shù)的有載調(diào)壓開關(guān)。主要是面臨以下幾點(diǎn)實(shí)際問題

    （1）完全立足于國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)制造的采用無載分接開關(guān)粗調(diào)與晶閘管整流配合應(yīng)用于新建電解鋁廠的整流裝置還沒有應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

    （2） 由于電解鋁廠的整流所是典型的低電壓、大電流系統(tǒng)，系列直流電流高達(dá)300kA以上，因此，交、直流雜散磁場(chǎng)產(chǎn)生的干擾較大，對(duì)晶閘管的二次觸發(fā)控制回路影響較大，設(shè)計(jì)時(shí)需采取很好的抗干擾措施。

    （3）由于電解鋁廠的直流用電負(fù)荷大且集中，是很大的諧波源，而且，自然功率因數(shù)較低僅有0.86左右，特別是深控時(shí)更加嚴(yán)重。如不進(jìn)行很好的治理對(duì)電力系統(tǒng)特別是自備電廠影響較大，因此，應(yīng)用晶閘管整流裝置時(shí)很難充分利用晶閘管深控特性，這也是國(guó)內(nèi)幾家鋁廠采用晶閘管整流的同時(shí)，仍采用較多級(jí)數(shù)有載調(diào)壓開關(guān)的原因之一。

    1.2   有載調(diào)壓器開關(guān)配自飽和電抗器二極管整流

    采用有載調(diào)壓器開關(guān)粗調(diào)配自飽和電抗器細(xì)調(diào)二極管整流是目前電解鋁行業(yè)應(yīng)用最普遍，也是最成熟的方案，其優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行可靠、便于維護(hù)；缺點(diǎn)是體積和噪音較大。

    采用調(diào)主變分開，將飽和電抗器置于整流變壓器油箱中，利用整流變壓器的鐵心和油箱來吸收飽和電抗器噪音對(duì)外界的影響。

    通過對(duì)上述二種方案論證，最后確定采用第二種方案，即：采用降壓自耦線端連續(xù)95級(jí)調(diào)壓方式，通過調(diào)壓變壓器及整流變壓器將220kV進(jìn)線電壓直接轉(zhuǎn)變?yōu)?350VDC直流電壓輸出，同時(shí)滿足直流電流2×38kA輸出；調(diào)變采用線端有載調(diào)壓，繞組接線簡(jiǎn)單；整流變采用兩個(gè)獨(dú)立鐵芯，分別為曲折星形/正反三角形、曲折三角形/正反三角形，移相角度分別為±2.5°、±7.5°、±12.5°，自飽和電抗器線性調(diào)壓范圍0-70V，單機(jī)組等效12脈波輸出，閥側(cè)三相橋式同相逆并聯(lián)。

2     整流元件與快速熔斷器的配合

    蘭州鋁業(yè)整流系統(tǒng)的配置為：整流系統(tǒng)共有六個(gè)機(jī)組，采用三相橋式同相逆并聯(lián)接線方式，每臺(tái)整流柜為6脈波，單機(jī)組12脈波，系統(tǒng)組成72脈波整流輸出。單機(jī)組額定直流電壓1350V，單機(jī)組額定直流電流2×38kA。

    整流元件和快速熔斷器都是整流裝置中的核心器件，其技術(shù)水平和性能指標(biāo)是保證整機(jī)技術(shù)水平的關(guān)鍵器件。二者之間選配得合理與否對(duì)于整個(gè)整流機(jī)組都至關(guān)重要。

    對(duì)整流柜內(nèi)的元件與快熔配置方案，筆者對(duì)以下三種方案進(jìn)行列表比較，最后確定采用第一種方案。

    從保護(hù)方面而言，快速熔斷器的熔斷I2t和極限分?jǐn)嗄芰κ莾蓚€(gè)非常重要的參數(shù)，選型時(shí)要求必須滿足以下幾點(diǎn)：

    ① 要求快速熔斷器的熔斷I2t必須小于元件管殼不破裂能承受的最大I2t。當(dāng)某一整流臂的整流元件應(yīng)擊穿而發(fā)生閥側(cè)短路時(shí)，要求與該故障支路元件串聯(lián)的快熔必須在元件管殼可能爆裂之前就要熔斷，以防止元件管殼爆裂引起電弧造成事故擴(kuò)大。

    ② 要求快速熔斷器的極限分?jǐn)嚯娏鞅仨毚笥诠收希ㄕ鳎┍勰墚a(chǎn)生的最大預(yù)期短路電流。例如，一個(gè)額定直流輸出38×2kA/1350V的整流機(jī)組，發(fā)生閥側(cè)短路時(shí)，最大預(yù)期短路電流約186kA。所以，要求快熔的極限分?jǐn)嗄芰Ρ仨毚笥?86kA。如果快熔分?jǐn)嗄芰_(dá)不到這個(gè)要求，有可能發(fā)生管殼爆裂引起電弧造成事故擴(kuò)大。進(jìn)口快熔的實(shí)際分?jǐn)嗄芰Σ恍∮?97kA（估計(jì)能達(dá)到300kA）。

    ③ 要求每個(gè)整流臂上各并聯(lián)整流元件的浪涌電流平方時(shí)間積（即每個(gè)元件的I2t）之和必須大于與元件串聯(lián)的快熔的I2t。所選ABB公司元件（4680A/5500V）的I2t之和27.5×2＝55 MA2s大于一個(gè)Bussmann快熔（3500A/1300V）的I2t＝44MA2s。因此，要求每個(gè)臂的并聯(lián)元件數(shù)不得少于2只。

    ④ 按標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)直流側(cè)發(fā)生故障短路時(shí)，要求整流柜里的整流元件和快速熔斷器在高壓開關(guān)跳閘之前不得損壞，能夠抗住持續(xù)時(shí)間不小于2s的直流側(cè)短路沖擊。

    通過計(jì)算和快熔廠家資料對(duì)比，國(guó)產(chǎn)快熔與進(jìn)口快熔的額定電流值差別較大，除了各種修正系數(shù)的影響外，最主要的是二者的I2t值有較大區(qū)別。同一規(guī)格的快熔，進(jìn)口產(chǎn)品的I2t值要遠(yuǎn)大于國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，這對(duì)于元件的保護(hù)非常（在大功率整流裝置中，要求快熔的分?jǐn)郔2t值盡量小于元件管殼不破裂的I2t值，ABB元件5SDD50N5500的管殼不破裂I2t值為73 MA2s）。所以在進(jìn)口快熔的使用中，一般都在允許的情況下，選擇額定電流小的規(guī)格，以求得較小的I2t值。最終確定選用進(jìn)口快速熔斷器。

3     運(yùn)行狀況

    蘭州鋁業(yè)26萬噸電解鋁工程于2007年5月8日投產(chǎn)至今，整流系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行電流350kA，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，滿足生產(chǎn)工藝技術(shù)要求。

作者信息：

    牛永蘭，梁  冶（蘭州鋁業(yè)股份有限公司，甘肅  蘭州 730089）