浅谈如何提高离子膜整流装置COSφ

浅谈如何提高离子膜整流装置COSφ合理控制导通角，提高整流装置功率因数陈跃充李建科（巨化股份公司电化厂，浙江衢州324004）概述：随着公司生产的日益发展，电化厂离子膜整流装置的规模也迅速扩大，其所占公司用电负荷的比例也日益增加。因此如何提高整流装置的功率因数，对提高公司电网的供电质量，降低损耗，都有着非常现实的意义。本文就如何通过对导通角的控制来提高离子膜整流装置功率因数，进行了一些初步的探讨。不足之处，还望指正。关键词：电化学工业整流装置功率因数导通角随着人类文明的的发展和科学技术的进步，以直流电形式所耗用的电能越来越大。其中利用直流电电解食盐制取氯气和苛性钠的电化学工业，其每年以直流电形式耗用的电量常以数亿千瓦·时或数十亿千瓦·时计。为了将交流电能转换成直流电能，电化学工业企业都设置有一定数量的大功率整流装置，用以变换电流，供电解装置之用。以我公司电化厂为例，现共有18套整流装置，年耗电量七亿多KW.h，占电化厂总耗电量的80％左右。由于整流装置耗电量高、电流大，且由于整流元件单向导电的特性，整流变压器网侧电流的波形不是正弦波，而是由基波电流和各次谐波电流组成。这就使得整流设备成为电力系统的主要谐波源。故对整流设备合理控制，努力提高其各项技术经济指标，是电化学工业企业一项非常重要的工作。功率因数是整流装置的一项主要技术经济指标。它是衡量电气设备效率高低的系数。较高的功率因数可有效的提高发电机及输电设备的出力，提高电压质量，降低电能的损耗，对电力系统的经济运行有着非常重要的意义。电化学工业整流装置常用的整流电路主要有三相桥式整流电路和双反星形带平衡电抗器整流电路。前者因整流元件承受峰值电压低，变压器利用率高且结构简单，而被广泛选用。由于电化学整流装置具有电流大的特点，其阀侧母线电流所产生的交变磁场对周围的钢结构产生了磁滞和涡流损耗，使钢结构温度升高，增加了整流装置的损耗，降低了功率因数。为了减弱阀侧母线电流的上述影响，现在普遍将阀侧母线采用同相逆并联的排列方法，使相邻阀侧母线电流所产生的磁场互相抵消。巨化股份公司电化厂离子膜整流装置即采用了三相桥式同相逆并联整流电路。其接线方式见图1图1三相桥式同相逆并联整流电路浅谈如何提高离子膜整流装置COSφ整流变阀侧电解槽巨化股份公司电化厂离子膜整流装置投运初期，整流变的功率因数一直处于一个较低的水平，一般均在0.85～0.89左右。对此，我们从影响整流设备功率因数的几个方面进行了认真的分析：一般电气设备包括整流设备在内的功率因数定义为：设备的输入端子上有功功率与视在功率之比。但整流装置的功率因数有以下特点：1、与普通电气设备相比较整流装置属于非正弦设备。即使供电系统的电压为实际正弦波形，整流装置从供电系统中取用的电流也是非正弦波形，具有很大程度的畸变，并出现谐波分量，该分量不能增加有功功率却增加视在功率。因此与正弦设备不同，整流装置的输入功率为3部分：由系统电压（正弦）与基波电流的乘积构成的有功功率及无功功率；由系统电压（正弦）与畸变电流（各次谐波电流的综合）的乘积构成的畸变功率。畸变功率对功率因素将产生影响。2、对于可控整流器，由于相控角增大，在输出电流不变的条件下，将使无功功率，畸变电流增加，畸变功率随之增加，而基波视在功率则保浅谈如何提高离子膜整流装置COSφ持不变，总视在功率将增加，所以功率因素将降低。对于整流设备的运行功率因数cos可近似表示为：1cos=coscos2α：晶闸管整流电路控制角；μ：晶闸管整流电路换相重叠角由上式可知，整流装置的功率因数主要取决于整流电路控制角和换相重叠角。当控制角α和换相重叠角μ增大时，整流设备的cosφ将明显下降，而换相重叠角μ主要取决于变压器及导电排的阻抗，其大小又取决于设备的设计、制造及安装。所以，合理地调整控制角，就成为进一步提高整流装置功率因素，降低无功损耗的重要手段。电化厂离子膜整流装置的整流元件为大功率晶闸管，直流电流的调节以变压器有载调压开关为粗调，共27档可调。以晶闸管的相角控制为细调，控制角的调节范围为0～120度。相角的调节分为手动和自动两种方式。手动调节为开环调节，控制角的大小只取决于手动给定值。自动调节为闭环调节，控制角的大小取决于给定值和电流反馈值。其电路主要由直流传感器、反馈电路和PI调节控制电路所组成（见图2）。图2整流装置控制回路框图浅谈如何提高离子膜整流装置COSφ上述电路闭环运行时，如整流变网侧电压下降，则整流柜直流输出电压、电流下降，直流传感器输出的反馈信号也变小，稳流系统根据反馈的信号通过PI调节控制电路自动降低控制角，使直流电压、直流电流上升，以维持直流电流的稳定(反之，整流变网侧电压上升则控制角升高)。在日常运行中，相角的监视用导通角β指示，其与控制角的关系为：导通角（β）=120-α。电化厂离子膜整流装置分为新老两套系统，其操作台对导通角的指示方式各不相同，老系统晶闸管全开通时，指示值为150度，上限设置为140度。新系统晶闸管全开通时，指示值为120度，上限设置为115度。通过对整流装置开车以来的数据记录看，大部分时间整流装置的导通角偏低。以老系统为例，导通角大都控制在127°～134°之间。实际上由于值班人员缺乏对有关知识的了解，不能认识到两者之间的关系，而使得导通角缺少人为的干预，随系统电压的波动而变化。甚至有些运行人员错误的认为导通角高容易发生“导通角超上限”故障报警，影响设备的正常浅谈如何提高离子膜整流装置COSφ运行而有意识地将导通角控制在一个较低状态。实际上由于整流变压器设有27档调压开关，当整流系统处于自动状态(闭环运行)时，可以通过调整整流变的档位达到控制导通角的目的。如当导通角过低时，可降低整流变调压开关档位，使得整流变阀侧电压降低，由于PI调节控制电路的作用，使导通角上升以维持输出电流的稳定(反之，则导通角降低)。如此，通过对整流变调压开关操作来控制导通角的变化，从而得到一个比较理想的功率因数。从实际情况看，整流变调压开关升降一档，导通角变化约为3～4°左右。而电化厂离子膜整流柜导通角的全开通为150°，上限报警设置在140°。考虑到在35KV系统电压波动时，给自动控制留有一定的调整裕量，将导通角控制在133°～138°之间较为适宜。经过实际运行试验，取得了良好的效果，功率因数得到了较大的提高。图3、图4、图5为某日2#整流装置进行档位调整时，导通角、功率因数的变化情况。同时，较高的导通角对减小谐波电流，改善电网供电质量，也是非常有益的。图3有载开关档位浅谈如何提高离子膜整流装置COSφ图4导通角曲线图5功率因数曲线浅谈如何提高离子膜整流装置COSφ通过以上分析和试验，找到了整流装置功率因数过低的原因。加强对整流运行值班人员的技术教育，提高其业务水平。同时制定相关的制度和控制指标。督促中控值班人员加强监控、认真操作，根据系统电压的变化及时调整整流变的档位，使导通角处于较高的位置，以提高功率因数，获得最佳的效益。参考文献：1黎鹏．氯碱工业整流技术．天津科学技术出版社．1992.42化学工业部人事教育司．姜禾．化学工业出版社．1997.123电力电子技术．郝万新．化学工业出版社．2002.1作者单位：浙江巨化股份有限公司电化厂通讯地址：浙江衢州巨化股份有限公司电化厂动力中心邮政编码：324004联系方式：0570-3614452