全密封式大功率硅整流柜的設(shè)計(jì)思考與應(yīng)用

孫靚

【摘要】本文主要針對(duì)電解或電化用大功率硅整流柜結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)，提出全密封式大功率硅整流柜的設(shè)計(jì)思考和應(yīng)用，旨在提高整流柜的防護(hù)等級(jí)和適應(yīng)環(huán)境的能力，增加整流柜運(yùn)行的安全性和可靠性。

【關(guān)鍵詞】全密封；防護(hù)等級(jí)；導(dǎo)電塵埃；散熱；安全性

一、大功率硅整流柜結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀

大功率硅整流柜是目前電解、電化行業(yè)內(nèi)經(jīng)常使用的直流供電電源，它的性能及運(yùn)行狀況對(duì)電解系統(tǒng)有著重要的影響。大功率硅整流柜多采用三相橋式同相逆并聯(lián)技術(shù)（也有采用非同相逆并聯(lián)的），其結(jié)構(gòu)形式主要有傳統(tǒng)的臥式、立式、立式自撐，也有新型的分極式、單元式等等。不同形式的整流柜具有不同的特點(diǎn)，在此不一一說明。由于整流柜進(jìn)線、出線、水路及二次管線等等諸多原因，上述整流柜基本上未進(jìn)行或很難做到完全的密封處理。且在實(shí)際運(yùn)行中，甚至有用戶為了能更好、更快地散去整流柜內(nèi)元器件、導(dǎo)電排等的熱量，降低柜內(nèi)空氣溫度，將相對(duì)密封較好的整流柜長(zhǎng)期開門運(yùn)行，這在一定程度上增加了整流柜運(yùn)行的安全隱患。

隨著整流柜的運(yùn)行電流和電壓值越來越高（國(guó)內(nèi)已達(dá)到單柜50KA/1500V），以往的老式整流柜結(jié)構(gòu)模式存在的不足有所顯現(xiàn)。電解、電化用大功率硅整流柜因其幾乎都使用在極其惡劣的環(huán)境下，通常都會(huì)有大量的導(dǎo)電塵?；蛴泻怏w，對(duì)整流柜的安全運(yùn)行具有很大的危害。由于用戶現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行環(huán)境目前不能做到完全沒有導(dǎo)電塵?；蛴泻怏w，這就需要我們?cè)谡鞴竦脑O(shè)計(jì)制造上進(jìn)行更多、更大的改進(jìn)和創(chuàng)新。

二、非全密封整流柜對(duì)預(yù)防事故的局限性

在常規(guī)整流柜的設(shè)計(jì)中，幾乎很少采用全密封結(jié)構(gòu)。隨著整流柜的運(yùn)行電流和電壓值的提高，非全密封整流柜的使用會(huì)有一定局限。通過多年來對(duì)行業(yè)內(nèi)多起重大事故進(jìn)行分析和總結(jié)，并與部分業(yè)內(nèi)專業(yè)人士交流后，作者認(rèn)為越來越高的直流電壓是主要原因，其次是未能很好地做到更高要求的安全防護(hù)。

以下是作者的分析依據(jù)（作者個(gè)人觀點(diǎn)，僅供參考）。

（一）發(fā)生事故的整流柜都為非全密封整流柜（以作者所知），塵埃的積聚較為嚴(yán)重；

（二）整流柜的正常使用維護(hù)要求定期清掃，但多數(shù)用戶因各種原因未能認(rèn)真做到；

（三）直流電壓越高，安全防護(hù)要求越高。

（四）長(zhǎng)期的有害氣體腐蝕和導(dǎo)電塵埃積附，破壞了原有的安全絕緣距離。

三、全密封式整流柜的設(shè)計(jì)思考

鑒于以上分析，可以得出這樣一個(gè)結(jié)論：在目前工業(yè)環(huán)境下，為了充分保障整流柜的安全運(yùn)行，需要在其結(jié)構(gòu)上留有更大的安全距離或加強(qiáng)其防護(hù)能力，限制擊穿、拉弧現(xiàn)象產(chǎn)生的條件，降低發(fā)生事故的可能性。

全密封式整流柜，顧名思義，是對(duì)整流柜進(jìn)行整體全密封處理，包括進(jìn)線、出線、水路及二次管線等，極大地加強(qiáng)了其防護(hù)能力，增加了安全性。該整流柜在設(shè)計(jì)上既借鑒了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的設(shè)計(jì)思路和成功經(jīng)驗(yàn)，又有自主創(chuàng)新的改進(jìn)優(yōu)化。其主要具有以下特點(diǎn)。

（一）防護(hù)等級(jí)高，達(dá)到IP52，甚至可高達(dá)IP65。可做到戶內(nèi)和戶外都適用，尤其戶外使用時(shí)可節(jié)省大量的廠房等基建費(fèi)用；

（二）運(yùn)行時(shí)能隔絕柜內(nèi)外空氣，杜絕柜內(nèi)外空氣流動(dòng)和塵埃的侵入，加長(zhǎng)免維護(hù)周期；

（三）在保留原水水冷卻的基礎(chǔ)上增加水風(fēng)冷卻系統(tǒng)及多點(diǎn)溫度檢測(cè)，充分降低柜內(nèi)空氣溫度和氣體熱運(yùn)動(dòng)能力，抵消因全密封而造成的無空氣對(duì)流和外部環(huán)境對(duì)柜內(nèi)溫度的影響，保證整流柜的正常工作溫度；

（四）可方便地與其他結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行組合，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，獲得很好的運(yùn)行效果（如分極式全密封整流柜）；

（五）二次回路控制和儀表與主回路分開設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了運(yùn)行維護(hù)的安全性；

四、全密封式整流柜的設(shè)計(jì)實(shí)例

全密封式整流柜在設(shè)計(jì)制造時(shí)主要采取的具體措施如下：

（一）殼體全密封處理

柜門與殼體之間完全按照要求的防護(hù)等級(jí)設(shè)計(jì)，以避免有害氣體及帶電塵埃對(duì)柜內(nèi)器件及母排進(jìn)行侵害。

（二）高壓整流和低壓控制分開

高壓整流和低壓控制各自獨(dú)立且又相互連接在一起，所有整流柜的控制均可在低壓控制部分獨(dú)立進(jìn)行，這能在最大程度上保證高壓整流部分獨(dú)立的密封性。

（三）交流、整流和直流分開

交流、整流和直流三部分均由絕緣玻璃布板分隔，交流與整流部分也用絕緣玻璃布板進(jìn)行隔斷。

（四）增加水風(fēng)冷系統(tǒng)

柜內(nèi)除了保留常規(guī)純水冷卻外，還增加了水風(fēng)冷卻裝置。因?yàn)槿芊庹鞴癫豢赡芡ㄟ^自然的空氣對(duì)流的方式與外界環(huán)境進(jìn)行熱交換，只有通過水風(fēng)冷卻裝置對(duì)高壓整流部分進(jìn)行送冷風(fēng)，使柜內(nèi)無法被純水帶走的氣體熱量在柜內(nèi)快速進(jìn)行冷熱交換，最大程度的降低密封后的柜內(nèi)溫度，使之達(dá)到正常的工作溫度。

（五）裸露柜體之外導(dǎo)電排的處理

所有伸出柜外的交流輸入排、直流支路母排（包括其絕緣封板）不僅進(jìn)行了絕緣板加橡膠密封條進(jìn)行密封處理，同時(shí)也在其穿過絕緣封板的孔隙處涂以高性能的密封膠，以保證其良好的密封效果。正、負(fù)直流匯流母線因在柜外，為了加大安全系數(shù)，也進(jìn)行了單獨(dú)的塑封處理。

五、結(jié)束語(yǔ)

隨著整流技術(shù)的進(jìn)步和電解系統(tǒng)不斷提高的工藝、技術(shù)及運(yùn)行要求，大功率硅整流柜的設(shè)計(jì)制造水平會(huì)不斷進(jìn)步和提高。上述作者之管見，僅僅是對(duì)此提出的一些思考和探討（因?yàn)槿魏我环N思路都不可能解決所有問題），望能起到拋磚引玉之作用。相信經(jīng)過不斷努力改進(jìn)而設(shè)計(jì)制造出的新式整流柜，可以給用戶提供多種選擇，能極大的滿足用戶的需求。同時(shí)也希望全密封式整流柜能得到有力推廣和被廣大用戶充分認(rèn)可，其良好的使用效果會(huì)使其成為整流柜結(jié)構(gòu)發(fā)展的一種趨勢(shì)。