可控硅整流器在鹽湖提鋰中的選型及應(yīng)用

解占孝++李斌壽++董守龍++丁林

摘 要：可控硅整流設(shè)備是采用可控硅把交流電變成大小可調(diào)的直流電的設(shè)備，可控硅為工作元件，具有節(jié)能無(wú)震動(dòng)、無(wú)噪聲、體積小、重量輕、整流效率高、調(diào)節(jié)范圍寬、操作維修方便等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，隨著可控硅整流元件質(zhì)量和容量的提高，可控硅整流裝置的性能也有了進(jìn)一步改善。本文闡述了利用離子交換膜電解提鋰技術(shù)中電解整流器的應(yīng)用，詳細(xì)講述了整流器的組成、選型、容量計(jì)算及自控控制等內(nèi)容。讓更多鹽湖電解提鋰行業(yè)技術(shù)人員了解和掌握可控硅整流器在鹽湖提鋰中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鹽湖電解提鋰；可控硅整流器；選型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.020

1 引言

青海鋰業(yè)有限公司是一家主要從事從鹽湖中提取碳酸鋰的企業(yè)，利用東臺(tái)吉乃爾鹽湖高鎂鋰比鹵水為原料，鹵水通過(guò)離子交換膜在直流電場(chǎng)的作用下選擇性透過(guò)離子交換膜濃縮提鋰。整流器作為離子交換裝置的動(dòng)力能源，直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量和成本。公司之前對(duì)車(chē)間的生產(chǎn)工藝不熟和設(shè)備的選型不當(dāng)，導(dǎo)致可控硅導(dǎo)通角低，功率因數(shù)低，無(wú)功高，諧波電流大，設(shè)備發(fā)熱嚴(yán)重，電耗高等問(wèn)題導(dǎo)致車(chē)間產(chǎn)量無(wú)法提高，生產(chǎn)成本高，嚴(yán)重制約著公司的發(fā)展。在二期項(xiàng)目建設(shè)中，為了突破車(chē)間生產(chǎn)瓶頸和提高整流效率、降低生產(chǎn)成本，公司對(duì)國(guó)內(nèi)的整流器廠家進(jìn)行了調(diào)研、探討，經(jīng)過(guò)不懈的努力與廠家人員溝通，研究，最終采用湖南湘潭電機(jī)股份有限公司的XJKHS-1000/600整流器。

2 XJKHS系列整流器的構(gòu)成及工作原理

整流器主要分為主回路和控制、檢測(cè)、保護(hù)回路組成，主回路主要由整流變壓器、有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)、低壓交流斷路器、快速熔斷器、大功率晶閘管等構(gòu)成；控制、檢測(cè)、保護(hù)回路主要由XJKDQ6全數(shù)字控制觸發(fā)器、PLC、繼電器、變送器、數(shù)顯表等構(gòu)成；其工作原理是將110kv供電電網(wǎng)提供的高壓交流電，經(jīng)調(diào)壓變壓器和有載分接開(kāi)關(guān)降壓調(diào)壓后，送到整流變壓器進(jìn)行在降壓，經(jīng)6個(gè)雙向逆并聯(lián)晶閘管和平衡電抗器變換成連續(xù)可調(diào)的直流電，為電解槽提供直流電流，以滿足電解槽的供電要求。

3 設(shè)備電氣參數(shù)計(jì)算和選型

（1）設(shè)備工作電壓選擇時(shí)應(yīng)考慮生產(chǎn)工藝要求和增加產(chǎn)量因素，工作電壓按工作值（假設(shè)電壓為400V）的1.5倍計(jì)算，

（2）考慮到海拔和氣候因素： 設(shè)備選型考慮1.3倍電流過(guò)載能力.

設(shè)備選型工作電流IN=480*1.5*1.3=936A≈1000A

設(shè)備實(shí)際工作電流In=480*1.5*=720A

（3）理想空載直流電壓：

（4）整流變壓器閥側(cè)電壓Uvo

（5）晶閘管兩端反向重復(fù)的峰值電壓Urrm

整流柜額定輸出時(shí)，元件兩端峰值電壓Udrm

Udrm= Uvo=×493=697（V）

整流元件的電壓安全裕量Kau≥3.5

晶閘管兩端實(shí)際的重復(fù)峰值電壓為：

3.5×Udrm=3.5×697=2439（V）

取反向重復(fù)峰值電壓Urrm =3000（V）。

（6）晶閘管電壓安全裕量Kau

Kau=Urrm/ Udrm ==3000/697=4.30（倍）

（7）臂平均工作電流IA（AV）

IA（AV）=IdN/（N×3）=720/（1×3）=240（A）

（8）元件電流安全裕量Kai

取晶閘管電流為1500A，不考慮導(dǎo)通角波形系數(shù)時(shí)，取NP=1

Kai = IT（AV）×Np / IA（AV） =1500×1/240=6.25（倍）

則 Np =1，每柜共需元件數(shù)為：N=6×1=6（只）

（9）快速熔斷器選擇高分?jǐn)嗄芰SK-800A/1000V單體快熔；

（10）整流效率的計(jì)算

整流元件損耗 Pfd

Pfd=[Vto×If（AV）+（360°/λ） ×Rto×If（AV） 2] ×N

=[0.68×240+（360°/120°）×（0.04/1000） ×240 2]×6

=1020（W）

式中：

Vto—KP-1500A/3500V元件的門(mén)檻電壓，Vto=0.68V，（Tjm=125℃）

Rto—斜率電阻，Rto =0.040（mΩ）， （Tjm=125℃）

If（AV）—整流柜額定輸出時(shí)流過(guò)每只元件的電流，本整流裝置中，

If（AV）=720/（1×3×1）=240（A）

λ—整流元件在本電源中的實(shí)際導(dǎo)通角，λ=120°

N—每臺(tái)整流柜內(nèi)安裝元件的總數(shù)，N=6

其它損耗為Pqd按工程考慮為整流元件損耗 Pfd的30%

Pqd= Pfd*0.3=1020*03=306W

額定直流輸出功率Pdc=Udn×Idn=720×600=432（KW）

整流部分的整流效率 η=1- （Pfd+Pqd）/ Pdc =99.78%

4 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

整流綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，由二臺(tái)上位機(jī)系統(tǒng)互為冗余，30臺(tái)S7-200可編程控制器組成，可控制30臺(tái)整流柜，通過(guò)DCS上位機(jī)以太網(wǎng)與整流系統(tǒng)上位機(jī)通信，上位機(jī)與PLC通過(guò)PROFIBUS網(wǎng)通訊，用于采集信號(hào)、給定電流、給定控制。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行中有1臺(tái)整流柜有故障或需停機(jī)檢修時(shí)，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可設(shè)定相應(yīng)整流柜退出，不影響其他整流柜運(yùn)行。DCS可通過(guò)整流系統(tǒng)上位機(jī)下傳命令至PLC，控制整流器自動(dòng)給定數(shù)據(jù)，以控制各整流柜的穩(wěn)壓或穩(wěn)流，保證系統(tǒng)各種技術(shù)指標(biāo)滿足生產(chǎn)要求。

5 結(jié)論

采用可控硅整流器后，顯著提高了輸出效率，同時(shí)有效的降低了整流柜的溫升，滿足了在鹽湖電解提鋰生產(chǎn)中的連續(xù)性，高可靠性、高穩(wěn)定度、高效率等指標(biāo)要求；同時(shí)，該套整流裝置的成功運(yùn)用，大大提高了整流設(shè)備的整體利用率，降低了操作人員的工作強(qiáng)度和誤操作率，保證了整流裝置的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]湘潭電機(jī)股份有限公司整流器說(shuō)明書(shū)[S].

[2]可控硅整流器及應(yīng)用[M].天津人民出版社.

作者簡(jiǎn)介：解占孝（1985-），男，青海西寧人，本科，助理工程師，研究方向：電子信息工程技術(shù)。