大功率整流裝置結(jié)構(gòu)探討及研究

周 韜

九江賽晶科技股份有限公司

大功率整流裝置結(jié)構(gòu)探討及研究

周 韜

九江賽晶科技股份有限公司

介紹了電解鋁行業(yè)常用的各種大功率整流裝置，分析其結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，認(rèn)為只有在了解各結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)的情況下客戶才能做出最適合自己的選擇。

整流柜；結(jié)構(gòu)；合理選擇

伴隨我國電解鋁行業(yè)的迅速發(fā)展，國家從節(jié)能降耗方向出發(fā)，不斷提高電解鋁生產(chǎn)企業(yè)噸鋁能耗指標(biāo)的要求，并且隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展改指標(biāo)還會(huì)繼續(xù)提高。為應(yīng)對(duì)市場(chǎng)發(fā)展，目前國能新建大型電解鋁系統(tǒng)中，系列電流500kA、600kA電解槽已成為市場(chǎng)主流，也意味著對(duì)大功率整流裝置的要求越來越高。

目前國內(nèi)主要有同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)、分極式結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)都具有各自特點(diǎn)，在針對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行需求，用戶可以根據(jù)自身系列特征來進(jìn)行選擇。

本文針對(duì)鋁電解行業(yè)運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，對(duì)整流設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，讓用戶了解不同整流結(jié)構(gòu)適宜運(yùn)行的工況，對(duì)結(jié)構(gòu)選擇有所了解。

1、同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)

同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)整流柜的特點(diǎn)是將相同相位但是極性相反的兩根整流母排靠近布置，利用極性相反的正、負(fù)整流母排產(chǎn)生的相反的磁場(chǎng)相互抵消，減少整流母排的互感，從而提升整流柜的整流效率。(如圖1所示)

圖1 同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖

這種結(jié)構(gòu)的整流柜雖然通過正、負(fù)母排之間的磁場(chǎng)抵消，提升了整流效率，但是隨著電解鋁行業(yè)電解槽容量的不斷增大、電壓等級(jí)越來越高而暴露出其結(jié)構(gòu)所特有的缺陷，即正、負(fù)母排靠近布置帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)越來越高，較易因環(huán)境灰塵、器件老化等原因發(fā)生短路事故。若為了彌補(bǔ)絕緣問題而不斷增加各類絕緣材料的話，不僅大大增加制造成本，還讓本就有限的整流柜內(nèi)維護(hù)空間變得更加擁擠，造成巡視、維護(hù)設(shè)備的不便。

所以同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)目前僅在一些電壓等級(jí)不高、電解槽容量不大的項(xiàng)目上有所應(yīng)用。隨著電解鋁行業(yè)的發(fā)展，此種結(jié)構(gòu)的選擇已經(jīng)較為稀少。

2、分級(jí)式結(jié)構(gòu)

分極式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是6脈波交流進(jìn)線通過同相逆并聯(lián)的交流輸入排進(jìn)入整流柜后，在柜內(nèi)結(jié)構(gòu)上將正、負(fù)直流母排完全分開放置，形成完全獨(dú)立的整流單元。而根據(jù)結(jié)構(gòu)上分開放置的方法不同，分極式也分為前后分級(jí)和上下分級(jí)兩種。

a、前后分級(jí)結(jié)構(gòu)

首先來分析前后分級(jí)的結(jié)構(gòu)，因?yàn)椴恍枰紤]正、負(fù)母排靠近放置的因素，分極式結(jié)構(gòu)可以采用母排雙面壓接整流元件的方式。這種方式可以使整流母排兩端受力均勻防止整流母排變形，也因此提升了整流元件與整流母排的貼合程度，通過降低接觸阻抗的方式提升了整流臂的均流，對(duì)延長(zhǎng)整流元件的壽命有著明顯的效果。同時(shí)因?yàn)檎?、?fù)整流單元一前一后完全獨(dú)立，并且在前后整流單元之間設(shè)置一體式的絕緣隔板，正、負(fù)整流排之間幾乎沒有發(fā)生短路的可能性。(如圖2、圖3所示)

圖2 前后分極式結(jié)構(gòu)正面示意圖

圖3 前后分級(jí)式結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖

前后分級(jí)結(jié)構(gòu)整流柜解決了以安全性為代表的諸多問題，但本身并不能說完美。獨(dú)立的整流單元之內(nèi)雖然不需要安裝絕緣隔板，使得相同極性的整流臂之間的維護(hù)空間較為充裕，但是這僅僅是整流柜前部的情況。因?yàn)榍昂蠓旨?jí)，無論正負(fù)終有一級(jí)整流單元被放置在整流柜后部，而后部往往是交流輸入排進(jìn)入整流柜的位置，造成后部整流單元的巡視、維護(hù)遠(yuǎn)不及前部整流單元方便。而隨著電解槽容量的增大，前后分級(jí)使得整流柜柜體的深度也越來越大，普遍要超過2米以上，這對(duì)本就不寬敞的整流室也是一個(gè)不小的負(fù)擔(dān)。

b、上下分級(jí)結(jié)構(gòu)

上下分級(jí)結(jié)構(gòu)可以較好的解決前后分級(jí)結(jié)構(gòu)巡視不直觀，維護(hù)不方便等問題，與前后分級(jí)結(jié)構(gòu)最大的區(qū)別在于上下分級(jí)結(jié)構(gòu)采用焊接方法將整流母排和匯流母排組成一個(gè)框架，把整流柜主體按正、負(fù)分為兩個(gè)豎直放置的獨(dú)立整體。采用焊接方式連接各種導(dǎo)電母排不僅可以降低整流排與匯流排之間螺栓連接造成的損耗，同時(shí)正負(fù)整流單元垂直疊放可以大大降低整流柜的柜體深度，節(jié)約甲方整流所空間的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了正負(fù)整流單元都展現(xiàn)在整流柜正面，一目了然，開門即可維護(hù)所有整流單元。在正、負(fù)整流單元之間使用絕緣布板與瓷瓶隔離，保證安全絕緣。(如圖4所示)

圖4 上下分極式結(jié)構(gòu)示意圖

上下分級(jí)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)顯而易見，但是對(duì)焊接工藝要求較高，尤其是目前整流柜導(dǎo)電母排主流選用鋁排，擁有一定厚度的鋁排在焊接時(shí)存在難度。在焊接工藝合格的標(biāo)準(zhǔn)上，還可以將原來母排之間的軟管連接(通冷卻水)也用鋁焊接工藝直接對(duì)接，大大減少以前存在的軟水管脫落冷卻水噴濺隱患。

在分析了目前我國柜內(nèi)電解鋁行業(yè)大功率整流裝置的主流結(jié)構(gòu)后，我們可以看到幾種結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)如下：

1、同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)：

優(yōu)點(diǎn)：通過正、負(fù)整流排磁場(chǎng)相互抵消，提升整流效率。

缺點(diǎn)：高電壓等級(jí)下安全性堪憂。

2、前后分級(jí)式結(jié)構(gòu)：

優(yōu)點(diǎn)：整流母排受力均勻，元件貼合緊密壽命長(zhǎng)，高電壓等級(jí)下絕緣安全性能優(yōu)越。

缺點(diǎn)：整流柜后部單元巡視不便，設(shè)備體積隨著電壓等級(jí)提高越來越大。

3、上下分極式結(jié)構(gòu)：

優(yōu)點(diǎn)：在前后分級(jí)的優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上使得整流柜核心單元在正面即可一目了然，降低母排連接損耗，減少隱患點(diǎn)。

缺點(diǎn)：設(shè)備制作工藝要求較高。

通過對(duì)整流柜結(jié)構(gòu)的比較我們可以看到，上下分極式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)比較突出。而隨著我國工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，上下分極式結(jié)構(gòu)所要求的高工藝水平也越來越容易實(shí)現(xiàn)。所以這種適應(yīng)電解鋁行業(yè)現(xiàn)代化新要求的上下分極式結(jié)構(gòu)整流柜一經(jīng)推出即獲得客戶的眾多好評(píng)。

電解鋁系統(tǒng)中大功率整流裝置作為核心設(shè)備，其穩(wěn)定性直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。只有按照企業(yè)自身需求選擇最適合的結(jié)構(gòu)，才能獲得最佳的效果，從而為企業(yè)創(chuàng)造更多的市場(chǎng)價(jià)值。