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                                                               關鍵詞：電解鋁；整流；快熔

    牛永蘭（1965－）
女，工程師，主要從事工廠電氣管理工作。

    蘭州鋁業(yè)股份有限公司大型預焙槽電解鋁技術改造項目，采用國內目前最大350kA的預焙電解槽，全系列288臺電解槽，單系列電解鋁年產能達到26萬噸。由于全系列直流電壓1350V，直流電流350kA，對整流機組的設計和應用水平要求越來越高，而做為業(yè)主，選擇合理的整流方式和元件以保證滿足生產工藝要求和提高整流機組運行可靠性，對后續(xù)達標達產顯得尤為重要。

1     整流方案的確定

    電解鋁廠整流所采用的整流技術目前仍為晶閘管整流和有載調壓器開關粗調配自飽和電抗器細調的兩大技術方案。

    1.1    晶閘管整流裝置

    晶閘管整流具有響應速度快、調壓范圍廣等優(yōu)點，當采用晶閘管整流時，調壓整流變壓器按常規(guī)不必采用大范圍調壓的有載調壓開關，可采用無載分接開關，這樣不僅可以充分利用晶閘管的優(yōu)點，而且，可以大大節(jié)省投資。但國內幾家采用晶閘管整流的電解鋁廠仍采用了較多級數(shù)的有載調壓開關。主要是面臨以下幾點實際問題

    （1）完全立足于國內設計制造的采用無載分接開關粗調與晶閘管整流配合應用于新建電解鋁廠的整流裝置還沒有應用經(jīng)驗。

    （2） 由于電解鋁廠的整流所是典型的低電壓、大電流系統(tǒng)，系列直流電流高達300kA以上，因此，交、直流雜散磁場產生的干擾較大，對晶閘管的二次觸發(fā)控制回路影響較大，設計時需采取很好的抗干擾措施。

    （3）由于電解鋁廠的直流用電負荷大且集中，是很大的諧波源，而且，自然功率因數(shù)較低僅有0.86左右，特別是深控時更加嚴重。如不進行很好的治理對電力系統(tǒng)特別是自備電廠影響較大，因此，應用晶閘管整流裝置時很難充分利用晶閘管深控特性，這也是國內幾家鋁廠采用晶閘管整流的同時，仍采用較多級數(shù)有載調壓開關的原因之一。

    1.2   有載調壓器開關配自飽和電抗器二極管整流

    采用有載調壓器開關粗調配自飽和電抗器細調二極管整流是目前電解鋁行業(yè)應用最普遍，也是最成熟的方案，其優(yōu)點是運行可靠、便于維護；缺點是體積和噪音較大。

    采用調主變分開，將飽和電抗器置于整流變壓器油箱中，利用整流變壓器的鐵心和油箱來吸收飽和電抗器噪音對外界的影響。

    通過對上述二種方案論證，最后確定采用第二種方案，即：采用降壓自耦線端連續(xù)95級調壓方式，通過調壓變壓器及整流變壓器將220kV進線電壓直接轉變?yōu)?350VDC直流電壓輸出，同時滿足直流電流2×38kA輸出；調變采用線端有載調壓，繞組接線簡單；整流變采用兩個獨立鐵芯，分別為曲折星形/正反三角形、曲折三角形/正反三角形，移相角度分別為±2.5°、±7.5°、±12.5°，自飽和電抗器線性調壓范圍0-70V，單機組等效12脈波輸出，閥側三相橋式同相逆并聯(lián)。

2     整流元件與快速熔斷器的配合

    蘭州鋁業(yè)整流系統(tǒng)的配置為：整流系統(tǒng)共有六個機組，采用三相橋式同相逆并聯(lián)接線方式，每臺整流柜為6脈波，單機組12脈波，系統(tǒng)組成72脈波整流輸出。單機組額定直流電壓1350V，單機組額定直流電流2×38kA。

    整流元件和快速熔斷器都是整流裝置中的核心器件，其技術水平和性能指標是保證整機技術水平的關鍵器件。二者之間選配得合理與否對于整個整流機組都至關重要。

    對整流柜內的元件與快熔配置方案，筆者對以下三種方案進行列表比較，最后確定采用第一種方案。

    從保護方面而言，快速熔斷器的熔斷I2t和極限分斷能力是兩個非常重要的參數(shù)，選型時要求必須滿足以下幾點：

    ① 要求快速熔斷器的熔斷I2t必須小于元件管殼不破裂能承受的最大I2t。當某一整流臂的整流元件應擊穿而發(fā)生閥側短路時，要求與該故障支路元件串聯(lián)的快熔必須在元件管殼可能爆裂之前就要熔斷，以防止元件管殼爆裂引起電弧造成事故擴大。

    ② 要求快速熔斷器的極限分斷電流必須大于故障（整流）臂能產生的最大預期短路電流。例如，一個額定直流輸出38×2kA/1350V的整流機組，發(fā)生閥側短路時，最大預期短路電流約186kA。所以，要求快熔的極限分斷能力必須大于186kA。如果快熔分斷能力達不到這個要求，有可能發(fā)生管殼爆裂引起電弧造成事故擴大。進口快熔的實際分斷能力不小于197kA（估計能達到300kA）。

    ③ 要求每個整流臂上各并聯(lián)整流元件的浪涌電流平方時間積（即每個元件的I2t）之和必須大于與元件串聯(lián)的快熔的I2t。所選ABB公司元件（4680A/5500V）的I2t之和27.5×2＝55 MA2s大于一個Bussmann快熔（3500A/1300V）的I2t＝44MA2s。因此，要求每個臂的并聯(lián)元件數(shù)不得少于2只。

    ④ 按標準要求，當直流側發(fā)生故障短路時，要求整流柜里的整流元件和快速熔斷器在高壓開關跳閘之前不得損壞，能夠抗住持續(xù)時間不小于2s的直流側短路沖擊。

    通過計算和快熔廠家資料對比，國產快熔與進口快熔的額定電流值差別較大，除了各種修正系數(shù)的影響外，最主要的是二者的I2t值有較大區(qū)別。同一規(guī)格的快熔，進口產品的I2t值要遠大于國產產品，這對于元件的保護非常（在大功率整流裝置中，要求快熔的分斷I2t值盡量小于元件管殼不破裂的I2t值，ABB元件5SDD50N5500的管殼不破裂I2t值為73 MA2s）。所以在進口快熔的使用中，一般都在允許的情況下，選擇額定電流小的規(guī)格，以求得較小的I2t值。最終確定選用進口快速熔斷器。

3     運行狀況

    蘭州鋁業(yè)26萬噸電解鋁工程于2007年5月8日投產至今，整流系統(tǒng)運行穩(wěn)定，運行電流350kA，達到設計標準，滿足生產工藝技術要求。

作者信息：

    牛永蘭，梁  冶（蘭州鋁業(yè)股份有限公司，甘肅  蘭州 730089）