基于大功率整流機(jī)組兩種穩(wěn)流控制方式的研究與比較

隋向東　梁偉

【摘 要】通過對(duì)兩種穩(wěn)流控制方式的原理進(jìn)行分析對(duì)比，說明了兩種控制方式的差別。并通過實(shí)際使用過程中證明，兩種穩(wěn)流控制方式能夠適合不同供電方式下的整流工作。

【關(guān)鍵詞】電解鋁；整流原理；穩(wěn)流控制

0.引言

近年來，隨著電解鋁系列電流的不斷增大，單槽產(chǎn)量的不斷增加，對(duì)電能的質(zhì)量的要求也越來越高，一方面是大電流的需求，另外最主要的是需要電流的持續(xù)平穩(wěn)性。這就對(duì)整流的穩(wěn)流控制系統(tǒng)有了更高的要求。

本文以霍煤鴻駿鋁電公司整流一所、整流二所的穩(wěn)流控制為例，闡述了整流供電工作原理，穩(wěn)流控制原理。對(duì)穩(wěn)流控制系統(tǒng)中正控、負(fù)控原理進(jìn)行說明，并通過生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行對(duì)比。

1.整流工作原理

在采用二極管整流的電解鋁整流系統(tǒng)中，整流變壓器組由調(diào)壓變壓器（簡稱調(diào)變）、整流變壓器（含兩臺(tái)飽和電抗器，簡稱整變）組成。在此電力變換過程中，調(diào)變完成交流電壓的粗調(diào)，確保運(yùn)行中網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)要求，自飽和電抗器在各級(jí)電壓之間進(jìn)行細(xì)調(diào)，滿足電流大小和電流穩(wěn)定度的要求。

根據(jù)交直流變換原理，若變壓器輸出電壓為U2，負(fù)載等效電阻為Rd，則直流Id=Ud/Rd=1.35U2cosа/Rd。可見，有載粗調(diào)是調(diào)節(jié)U2的大小，自飽和電抗器細(xì)調(diào)是通過調(diào)節(jié)控制繞組電流，改變鐵芯磁密，調(diào)整飽和角а，達(dá)到調(diào)節(jié)電流的目的。

2.穩(wěn)流原理

穩(wěn)流控制主要是利用自動(dòng)閉環(huán)負(fù)反饋調(diào)節(jié)原理實(shí)現(xiàn)，將直流電流（DCCT）或交流電流（ACCT）信號(hào)與電流設(shè)定值進(jìn)行比較，將比較后得到的偏差值信號(hào)輸入電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行比例積分（PI）計(jì)算，然后把經(jīng)過電流調(diào)節(jié)器整理后的結(jié)果輸出，最終改變自飽和電抗器控制繞組的電流，閉環(huán)反饋達(dá)到動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)輸出直流電流的目的。

通常國內(nèi)大型整流用自飽和電抗器有三種繞組，即：工作繞組（變壓器閥側(cè)母排），位移繞組，控制繞組?？刂评@組通過流經(jīng)繞組電流的大小，改變自飽和電抗器的磁密，達(dá)到調(diào)節(jié)電流的目的。偏移繞組是為了增加飽和電抗器的調(diào)壓深度，在飽和電抗器繞組中加一個(gè)相對(duì)于控制電流的反向電流，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。

2.1電解整流系統(tǒng)的兩種穩(wěn)流方式

以霍煤鴻駿鋁電公司兩個(gè)整流所為例，整流一所由6套2×35KA、1180V整流機(jī)組構(gòu)成，采用110kV有載調(diào)壓整流變壓器和二極管三相橋式同相逆并聯(lián)整流電路，穩(wěn)流控制采用有載調(diào)壓開關(guān)進(jìn)行粗調(diào)，自飽和電抗器進(jìn)行細(xì)調(diào)控制方式，細(xì)調(diào)由IGBT完成。整流二所由6套2×40KA、1400V整流機(jī)組構(gòu)成的電解系列，設(shè)計(jì)方式與整流一所一致。

2.1.1整流一所穩(wěn)流原理

圖1 正控穩(wěn)流原理圖

整流一所穩(wěn)流控制回路由控制繞組和偏移繞組構(gòu)成。偏移電流的大小根據(jù)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況、需要控制的深度確定，手動(dòng)給定；控制電流的大小主要通過調(diào)整IGBT控制角，達(dá)到對(duì)整流裝置輸出直流的控制。在此回路中，控制繞組與工作繞組電流方向相同，為飽和電抗器起到助磁的作用，即：整流裝置的電流的輸出隨控制電流的增大而增大（習(xí)慣上稱為正控）。

2.1.2整流二所穩(wěn)流原理

圖2 由IGBT控制的負(fù)控穩(wěn)流原理圖

整流二所穩(wěn)流控制回路同整流一所相同，但控制繞組與工作繞組電流方向相反，為飽和電抗器起到去磁的作用，即：整流裝置的電流的輸出隨控制電流的增大而減?。?xí)慣上稱為負(fù)控）。

2.2兩種穩(wěn)流方式的比較

2.2.1整流一所穩(wěn)流用正控控制

整流裝置運(yùn)行過程中，在電抗器磁飽和范圍內(nèi)，偏移電流給定后，整流機(jī)組負(fù)荷隨著控制電流的增加而增大；若控制電流給定后，整流機(jī)組負(fù)荷隨偏移電流的增大而減小。正常運(yùn)行時(shí)，若控制電源故障，則機(jī)組直流輸出會(huì)下降。若偏移電源故障，則機(jī)組直流輸出會(huì)增加，導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷增大，甚至導(dǎo)致機(jī)組保護(hù)動(dòng)作。因此，對(duì)于穩(wěn)流正控，考慮到設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，防止控制電源或偏移電源故障時(shí)對(duì)整流機(jī)組輸出的影響，常采用偏移電流大于控制電流，此時(shí)若控制電源故障，只能導(dǎo)致直流輸出降低，不會(huì)導(dǎo)致機(jī)組保護(hù)動(dòng)作。

2.2.2整流二所穩(wěn)流用負(fù)控控制

整流裝置運(yùn)行過程中，在電抗器磁飽和范圍內(nèi)，偏移電流給定后，整流機(jī)組負(fù)荷隨著控制電流的增加而減??；若控制電流給定后，整流機(jī)組負(fù)荷隨偏移電流的增大而增大；正常運(yùn)行時(shí)，若穩(wěn)流偏移電源故障，則整流機(jī)組直流輸出會(huì)下降。若控制電源故障，則整流機(jī)組直流輸出會(huì)增加，導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷增大，出現(xiàn)過負(fù)荷情況。因此，對(duì)于穩(wěn)流負(fù)控，考慮到設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，防止控制電源或偏移電源故障時(shí)對(duì)整流機(jī)組輸出的影響。常調(diào)整偏移電流小于控制電流，若控制電源故障，只能導(dǎo)致直流輸出小幅上升，不會(huì)導(dǎo)致機(jī)組保護(hù)動(dòng)作。

2.2.3兩種控制方式在實(shí)際應(yīng)用中的研究

穩(wěn)流系統(tǒng)中的兩種控制方式，考慮到設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行等情況，各自存在優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)兩個(gè)整流所供電方式，整流一所穩(wěn)流選擇正控，控制電流小于偏移電流，保證設(shè)備運(yùn)行安全、提高了供電效率，增加了經(jīng)濟(jì)效益。整流二所選擇負(fù)控，控制電流大于偏移電流，保證了當(dāng)偏移電源故障時(shí)，負(fù)荷減小，不會(huì)對(duì)設(shè)備有大的影響；當(dāng)控制電源故障時(shí)，負(fù)荷增長幅度較小，不會(huì)導(dǎo)致機(jī)組過電流故障的發(fā)生。保證了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，增加了供電設(shè)備的安全性。

3.結(jié)束語

近年來，隨電解鋁產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，技術(shù)革新也在飛速進(jìn)行；穩(wěn)流技術(shù)發(fā)展迅速，但無論何種穩(wěn)流方式，在運(yùn)行過程中都有一定的弊端。但由于其技術(shù)的單一性，專業(yè)性，并隨著科技的不斷發(fā)展，行業(yè)的不斷創(chuàng)新，穩(wěn)流技術(shù)必將有新的突破并適應(yīng)當(dāng)前整流技術(shù)的需要。

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