國(guó)產(chǎn)整流設(shè)備與改造后的控制系統(tǒng)的性能特點(diǎn)介紹

從上世紀(jì)80年代中期開(kāi)始，國(guó)內(nèi)一些鋁廠先后從富士，ABB，siemens，Alsthom等公司引進(jìn)了電解鋁工業(yè)用整流設(shè)備，這不僅使我國(guó)電解鋁工業(yè)得到了迅速發(fā)展，而且也促進(jìn)了我國(guó)電化學(xué)整流設(shè)備技術(shù)水平的提高，同時(shí)也給國(guó)內(nèi)電解鋁用整流設(shè)備制造行業(yè)帶來(lái)了巨大商機(jī)。經(jīng)過(guò)近二十年的運(yùn)行，目前該類(lèi)設(shè)備大部分處于超齡服役，于是將進(jìn)口整流設(shè)備加以改造的想法便提上了議事日程。鑒于各廠的情況，有些廠家將全套整流設(shè)備（包括變壓器、整流裝置）全部更換為國(guó)產(chǎn)設(shè)備，有些則保留了變壓器而將整流裝置加以改造。對(duì)于后者，由于變壓器的出線形式?jīng)Q定了整流裝置的結(jié)構(gòu)，因此，改造后的整流設(shè)備也只能采取原來(lái)的電路結(jié)構(gòu)。同時(shí)由于飽和電抗器繞組結(jié)構(gòu)的差別，使得與之配套的控制系統(tǒng)也不同于國(guó)產(chǎn)飽和電抗器的控制方式。

1 電路簡(jiǎn)介

以中鋁公司青海分公司九號(hào)機(jī)組改造為例，由四套整流機(jī)組構(gòu)成4×56 kA、1150 V的電解系列，其整流機(jī)組（包括變壓器、整流裝置及其控制系統(tǒng)）為Siemens AG公司生產(chǎn)（見(jiàn)圖1）。由于在引進(jìn)時(shí)預(yù)留了一臺(tái)變壓器，一直處于閑置狀態(tài)，青鋁公司為了整流設(shè)備運(yùn)行的相對(duì)可靠性，于2003年決定由我所為該變壓器配置了一套整流裝置。該裝置自投運(yùn)以來(lái)，由于原變壓器為非同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)，致使整流主柜出現(xiàn)不少發(fā)熱點(diǎn)。雖幾經(jīng)整改，但效果仍然不及同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)理想。在對(duì)控制系統(tǒng)的改造中，出現(xiàn)了穩(wěn)流控制輸出接口與Siemens飽和電抗器端口無(wú)法匹配的情況。

由圖1可見(jiàn)，整流變壓器為Y／Y△聯(lián)接，其中Y／△聯(lián)接組對(duì)應(yīng)圖l（b）中所示整流橋。二次測(cè)Y和△兩繞組每個(gè)整流臂分別設(shè)有一套電流互感器作為電流測(cè)量保護(hù)之用，并未提供更多的互感器輸出接口，因此控制電路無(wú)法獲得交流電流取樣（Siemens整流裝置兩組橋的電流取樣，分別由整流機(jī)組內(nèi)各整流橋臂上的電流互感器得到）。Y、△兩組整流橋所對(duì)應(yīng)的飽和電抗器分別由一對(duì)輸出端子控制即（2a，2b）及（3a，3b），見(jiàn)圖1（a），這與國(guó)內(nèi)飽和電抗器的繞制方式有著明顯的區(qū)別。通常國(guó)內(nèi)飽和電抗器控制繞組是按照三套設(shè)計(jì)：其中一套用干榨制回路．一套用于偏移回路，另外一套作為備用。這三套繞組在結(jié)構(gòu)和匝數(shù)上完全相同，可以互換使用；與國(guó)外飽和電抗器繞組最大區(qū)別是直流阻抗較低（通常小于0．1Ω）。Siemens生產(chǎn)的飽和電抗器繞組的直流阻抗較高，約為1n，差別非常大。由于原變壓器的交流電流互感器的原因，無(wú)法獨(dú)立取得Y、△兩組整流橋交流輸入電流的大小，只能從整流機(jī)組總直流互感器取得輸出直流電流的大小。由上述可知，因無(wú)法單獨(dú)獲取Y、△兩組整流橋的交、直電流而只能取得兩組整流橋總直流電流，因此要實(shí)現(xiàn)對(duì)該整流機(jī)組的穩(wěn)流控制，只能將Y組飽和電抗器繞組與△組飽和電抗器繞組串接起來(lái)同時(shí)進(jìn)行控制?？刂齐娐啡鐖D2所示。

國(guó)內(nèi)設(shè)備的控制方式（見(jiàn)圖3）與進(jìn)口設(shè)備控制方式的區(qū)別在于：國(guó)內(nèi)設(shè)備采用兩個(gè)獨(dú)立電路即控制回路和偏移回路。這兩個(gè)控制回路分別對(duì)應(yīng)一組整流橋（A橋或B橋）中的兩個(gè)飽和電抗器繞組，這兩套繞組可以單獨(dú)調(diào)整，它們之間沒(méi)有直接電連接。電流取樣通常有兩種方式：一種是通過(guò)交流電流互感器取樣，整流變換后得到。一種是通過(guò)本橋輸出側(cè)直流電流互感器取得，二者互為備用。而將要改造的整流機(jī)組是采用單一電流取樣（總直流電流），單一飽和電抗器繞組控制（將Y橋與△橋飽抗繞組串聯(lián)起來(lái)）。同時(shí)為了增加飽和電抗器的調(diào)壓深度，需要在飽和電抗器繞組中施加一個(gè)反向電流，使得飽和電抗器磁化曲線處于負(fù)向低點(diǎn)，擴(kuò)大調(diào)節(jié)范圍。因此，在電路設(shè)計(jì)中須將二極管整流橋與可控整流橋反向并聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)在同一繞組內(nèi)正反向電流的同時(shí)輸出。為了克服由于反向并聯(lián)引起的環(huán)流，必須在各自的回路中增加適當(dāng)?shù)淖杩梗M量減少兩種電流的相互影響。同時(shí)由于控制回路的直流阻抗較大，為了獲得足夠的控制電流，控制電源變壓器的電壓等級(jí)也明顯不同于國(guó)內(nèi)配套設(shè)備。

2 性能特點(diǎn)

由于飽和電抗器控制回路的直流阻抗非常大，在參考了Siemens原設(shè)備的相關(guān)參數(shù)后，將飽和電抗器的正向激磁電流與反向激磁電流的最大輸出值分別控制在9A和6A左右。為了方便調(diào)節(jié)正、反向激磁電流的大小，在電路上專(zhuān)門(mén)設(shè)置了兩臺(tái)三相調(diào)壓器，分別調(diào)整正、反向激磁電流，避免了由于回路阻抗的偏差導(dǎo)致正、反向激磁電流的大小難以準(zhǔn)確整定的現(xiàn)象。這一優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際使用中也得到了充分的體現(xiàn)。在調(diào)試過(guò)程中根據(jù)電解槽效應(yīng)大小逐次調(diào)整正、反向激磁電流的大小，使之達(dá)到最佳的運(yùn)行點(diǎn)。最終將正向激磁電流整定為4～5A（無(wú)陽(yáng)極效應(yīng)時(shí)），反向激磁電流整定為5A。通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)，飽和電抗器的調(diào)壓深度可以達(dá)到60V，基本滿足‘廣電解生產(chǎn)的要求。

在相關(guān)資料不全面，數(shù)據(jù)不詳細(xì)的情況下，進(jìn)行了系統(tǒng)改造，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)穩(wěn)流，運(yùn)行效果良好。但是，該套控制系統(tǒng)仍然存在著一些缺陷：其一，未能實(shí)現(xiàn)Y、△兩繞組獨(dú)立電流取樣，致使無(wú)法對(duì)兩組整流橋獨(dú)立進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電流的均衡調(diào)整；其二，由于缺少交流電流取樣，致使無(wú)法實(shí)現(xiàn)交、直電流反饋互備，給設(shè)備運(yùn)行留下不可靠因素。