耿庆鲁

(德州实华化工有限公司，山东 德州 253007)



【供电与整流】

氯碱企业采用高压直降式整流技术的优势

耿庆鲁*

(德州实华化工有限公司，山东 德州 253007)

直降式整流装置；配置方式；整流变压器；调压；移相

介绍了高压直降式整流技术，并分析了氯碱企业采用这种技术的优势。

1 直降式整流概述及分析[1]

所谓直降式整流，是指在电化学、电冶金企业中，进入企业电网的高压电不经过二次降压直接进入整流变压器(以下简称“整流变”)，经过整流后为电解槽提供直流电源的整流方式。由于不经过二次降压，系统结构和设备简化，运行效率提高。高压直降电压范围主要指66、110、220 kV等级的电化学整流，其中用的最多的是110 kV。

1.1 直降式整流的优缺点

(1)直降式整流有如下4个优点：①减少变压级次，减少电设备重复容量及相应的电力损耗；②减少变电环节设备的占地面积和配套工程的土建施工费用；③由于减少了降压环节，设备数量随之减少，维护费用也会减少，运行可靠性提高；④由于供电电压的提高，整流设备的相对容量减少，高次谐波对电网的影响随之减小。

(2)直降式整流的缺点：装置一次投资大，技术较复杂，对制造和使用的技术要求较高。

1.2 采用直降式整流的供电电源条件

当地应具有66 kV及以上双回路电源条件，供电能力和系统短路容量应满足电解整流和动力用电的负荷，以及抑制谐波的需要。

1.3 烧碱装置规模和供电电源电压等级的选择

遵循企业总变电站供电电压等级选择原则，根据氯碱生产规模和整流装置的配套容量，得出企业总计算负荷后，确定合理的电源电压等级。结合目前离子膜电解槽的负荷水平与电解槽的配置方式，建议：当烧碱规模在10万t/a时，宜选66 kV直降式整流；在15万t/a以上时，宜选110 kV直降式整流；在30万t/a以上时，宜选220 kV直降式整流。

1.4 整流变单机容量和网侧电压等级选择

整流变的单机容量决定其所带电解槽的产碱能力，其网侧电压取决于是否直降式整流。当烧碱规模、网侧电压、设备台数确定以后，直降式整流的单机容量可参考表1计算得出。表2是标准系列的电力变压器容量与对应的一次电压等级，可供整流变选择作参考。

2 直降式整流所电气主接线与设备配置设计

2.1 整流所供电电源应满足的条件

整流所供电电源应满足如下3个条件：①供电电源不少于2个；②供电电源电压等级相同；③当任意一路电源停电时，非故障电源应满足按工艺条件要求的最小保安电源容量及时间。条件许可时，能满足全部用电负荷要求。

表1 直降式整流的单机容量Table 1 Unit capacity of direct step-down rectifier

表2 标准系列的电力变压器容量与对应的一次电压等级Table 2 Primary voltage level corresponding to capacity of series of standard power transformer

2.2 整流所的主接线应满足的条件

整流所的主接线应满足如下4个条件：①直降式整流所的主接线宜采用单母线分段系统；②全年连续生产或很少有检修时间，且整流机组在4组以上的大型整流所，宜采用双母线系统；③整流机组应按等效脉波数分段配置，构成等效脉波数的全部机组，应分布在同一段高压母线上；④动力负荷宜分段设置，且每段应预留不低于按工艺所确定的保安容量。

2.3 直降式整流所的高压配电装置选择

当采用110 kV高压直降式整流时，高压配电装置宜采用故障率较低和维护量较小的六氟化硫开关，如GIS封闭型组合电器。高压动力配电装置宜采用机械可靠性高、使用寿命长、开断能力强、适宜于频繁操作的开关。如真空断路器或六氟化硫型断路器，操作机构宜配套选用弹簧储能式或其他分合速度较快的方式。

2.4 直降式整流装置的配置方式[2]

整流机组与电解槽的两个配置方案如下。

(1)第一种方案：“1拖2”方案，即1台有载自耦式调压变压器(以下简称“调压变”)带2台整流变，由2台整流器分别向2台电解槽供电。

优点：可减少整流变和高压馈电开关的使用数量，节约投资和运行费用，还便于实现单机组等效12相整流。

缺点：单台整流机组故障停电，会影响2台电解槽的停运，对设备和工艺的可靠性要求较高。

(2)第二种方案：“1拖1”方案(即1台有载自耦式调压变带1台整流变，由1台整流器供1台电解槽直流电)。

优点：单台整流机组故障停电，只会影响1台电解槽的停运，生产损失较小。

缺点：高压馈电装置的数量增多，尤其是选用六氟化硫GIS组合电器时，馈电间隔增多，一次性投资也增加。同时，整流装置的数量增多，导致占地面积增大，增加配套土建投资费用。因此，在整流设备供电可靠性有充分保证、电解槽可以连续稳定运行的前提下，应该优先选择“1拖2”方案。

2.5 直降式整流的调压和移相

直降式整流变绝大多数采用1台机身、两台变压器的结构，含自耦式调变串联移相整流变。由于受绝缘结构的约束，只有几种调压电路适于直降式整流变。其中一种为主变+串变+阀侧串联第三线圈的调压电路；另一种为有载调压器+固定变比整流变的组合电路，其中，以自耦式中性点调压电路居多。为了构成等效多相制整流，通常采用单机组等效12脉波整流，多机组形成等效N×12脉波整流系统(N为同一高压母线上的整流机组数)。每机组整流变之间的移相方法，有阀侧绕组Y接线和△接线延边三角移相或网侧曲折Y接线移相两种。单台6脉波和单机组12脉波构成等效多脉波方案。整变网侧绕组延边三角移相方法的特点是整流变的噪声小、损耗低、温升小、参数对称性好，在相同移相角时，因移相而增加整流变等值计算容量也最小。采用延边三角移相构成等效多相制系统最多相数的是60相，使用较多的是24相。

3 直降式整流设备的制造要求

一般直降式整流变采用“1拖2”结构，即1台有载自耦式调变带2台整流变，调压范围70%～105%，配21级有载分接开关，半钟罩式油箱，一次侧顶部进线，二次侧侧面相对出线；冷却方式多采用油浸风冷。系统变流效率达99.2%，设备紧凑，占地面积小，安装方便。在整流变的内部，尽量从结构上保持网侧和阀侧绕组的相对独立，减少高压击穿对阀侧绕组的影响。由于供电电网容量的增加，会使短路电流增大，应该适当提高动热稳定性。

依据整流变的实际制造水平将动热允许偏差控制在±5%以内，这样对整流变的负荷平衡有利。与二次降压的整流方式相比，少了降压整流变的阻抗限流，变电站的供电电源容量增大，母线上短路电流较大。不仅提高进线和配电开关额定断流容量的动热稳定性，而且在设置母线差动保护和进线开关过流及速断保护时，也应该考虑到动热稳定性。整流柜的母线排列是否采用同相逆并联方式，可根据整流电路连接方式来选定，额定整流电压、额定整流电流参照《化学整流器原理及应用》[2]中的标准来确定。对于向复极式离子膜电解槽供电的整流装置，同相逆并联的技术优势已不明显，反而表现出制造安装复杂，安全性降低的弊病。当直流电流在12.5kA以下时，采用“非同相逆并联”的母线排列方式时各个方面效果较好。当整流机组发生直流短路时，如果阀侧过电压吸收装置又失效，则在断路器切断电路的瞬间，由于漏抗中积聚的能量向空置着的调压绕组释放，从而产生很高的过电压，作用到有载分接开关上，可能造成其绝缘的意外损坏。因此，选择有载开关应有较高的内绝缘水平。

4 直降式整流所的发展趋势

当采用直降式整流时，通常做法是整流所与变电所合并建设，即整流、电站一体化格局。这样，用变电站综合自动化系统就可以包括整流系统的微机保护装置，做到整个系统的互操作性、可扩展性，确保系统的稳定性、可靠性，以及各种智能仪表在保护系统中的互换和使用，减少系统的重复建设和投资，这是直降式整流所综合自动化技术的发展趋势。

直降式整流所综合自动化保护系统应具备以下特点：信息分层、面向对象的数据统一建模、数据自我描述、有抽象通信服务接口(ACSI)。整流所综合自动化系统不仅应该具有完整的保护和监控功能，也应该具有全面的事故报警和记录功能，有效防止事故的发生，或在事故发生后准确查找事故原因，便于采取有效的预防措施，防止类似事故再次发生。

5 结语

采用高压直降式整流技术，不仅节约了大量的能源，也为企业节约了大量电费，效益显著。随着新技术、新材料的不断涌现，整流变制作和工艺水平将进一步提高，高压直降式整流变制作成本和自身的损耗还将下降，那么高压直降式整流变以较低的运行、维护费用以及成熟的操作使用经验，必将为氯碱企业带来可观的经济效益。

[1] 田时静，李卫东.110 kV整流直降方式的应用[J].中国氯碱，2011(3)：8-10.

[2] 向庆华.化学整流器原理及应用[J].四川理工学院学报(社会科学版)，1997(3)：67-68.

[编辑：费红丽]

The advantages of using high-voltage direct step-dwon rectification technologyin chlor-alkali enterprises

GENGQinglu

(Dezhou Shihua Chemical Industry Co., Ltd., Dezhou 253007, China)

step-dwon rectifier; configuration; rectifier transformer; voltage regulation; phase shift

The technology of high-voltage direct step-dwon rectification is introduced, and the advantages of using the technology in chlor-alkali enterprises are analyzed.

耿庆鲁(1967—)，男，高级电气工程师，1992年毕业于成都科技大学电力工程系电力系统及自动化专业，现于德州实华化工有限公司从事氯碱生产的发电、输电、配电及整流装置的设计、安装和改造工作。

2016-12-20

TM46

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1008-133X(2017)05-0001-03