6.3 整流机组的选择及谐波治理

    1  根据设计经验，机组一次电压应优先考虑采用电网电压，尽量避免对电解用整流负荷进行两次降压，以降低投资，减少电能损耗，减少机组一次侧电压波形的畸变。根据上述原则列出了表6.3.1整流机组单组容量与机组一次电压的选择表。

    2  当电网电压为110kV，输出总功率大于或等于40MW，其单机容量在12.5MV·A～25MV·A，按1款采用110kV直降式整流机组与经二次降压的普通整流机组相比较，其经济效果显著，应优先采用。

    3  当外部供电电压为220kV时，多为年产10万吨级以上的铝电解厂，应采用220kV直降方案。

6.3.2  整流机组直流母线其中包括整流所至电解厂房段的母线。铝电解用整流机组直流额定电压，按条文所述原则确定。随着电解槽容量的增大，平均槽电压和阳极效应电压均在降低，因此铝电解系列发生阳极效应的个数是：100台电解槽及以下宜取1个，以上宜取2个。

    2  重有色金属电解用整流机组的额定直流电压，除按工艺生产所需的电压值外，还必须考虑电解槽和电解液循环系统的绝缘水平，使漏泄电流不危及人身安全。由于水溶液电解槽在生产过程中产生酸雾，对电解槽、楼板、新液及废渣总流槽虽有绝缘物支持，但绝缘物表面积酸较严重，漏泄电流随着系列电压的增高而增大，既不安全也影响到电解电流效率。根据国内的生产运行经验，确定了最高限制系列电压。

6.3.3  铝电解系列整流机组数量与机组电流，考虑下列因素确定：

    1  满足工艺生产要求。

    2  节省投资和获得较高的整流效率。整流机组台数的增多相应的增加了一、二次开关设备和辅助设施的数量，因而也增大了土建建筑面积和设备投资；尤其当采用110kV及以上电压直降方案时，一次开关设备较为昂贵，而且110kV及以上电压直降式调压整流变压器单位容量的制造费用随着容量增大而减小，容量小于10MV·A时是不经济的。适当增加整流机组单机容量和减少整流机组台数，不但能节省投资，而且便于整流机组在停电和送电时的操作。

    3  保证整流机组中任一台检修或故障时，电解系列电流仍不降低。一般采用（n＋1）的原则。但全系列机组正常时应全部投入运行，以构成对称等效多相制，有利于抑制谐波，可大大降低电能损耗，特别是大容量系列。

    4  由于多机组并联运行，机组间、整流柜间电流分配的不均衡，规定n台整流机组额定电流的总和应大于电解系列电流需要值的5％～15％。

    5  在不增加或少增加投资条件下，尽可能使整个整流所形成较高的整流相数，以减少整流机组产生的高次谐波对电网的影响。

    6  尽量选用目前国家已生产的标准设备。

    7  与工艺发展的可能性相协调。

6.3.4  重有色大型电解整流所的备用整流机组应为热备用，即在正常情况下包括备用的整流机组均投入运行，当任一组故障或检修时，不应降低电解电流。

    中小型电解整流所容量小，许多情况下可选择一组整流机组运行。设备检修一般与电解车间检修配合，仅考虑易损元件的备用。

    整流机组的容量与组数一般都应经过技术经济方案比较来确定。由于重有色金属电解系列直流电压和电流都不太大，机组数量不宜过多。机组数多，虽然备用率可降低，但占地面积大，维护量大，投资不一定省。适当减少组数，增大机组容量，还可能有利于电网供电电压直降式整流机组的采用，这对减少电压层次，降低电耗，节约投资都是有利的。由于每台机组特性不能完全一致，其相互间的电流差按4％～6％考虑，因此，一个系列的整流机组额定电流总和（不包括备用机组）宜等于系列电流的1.05倍～1.15倍。

6.3.5  稳流和滤波是电解整流的两大技术进步。电解用整流装置采用自动稳流系统后，可提高电解效率3％～4％，铝电解单耗节电：130kA～350kA槽500kW·h/t～700kW·h/t。

    二极管整流加饱和电抗器稳流，其有载调压分接开关较少操作，减少了维护工作量和延长了使用年限，提高了供电可靠性。晶闸管整流精度高、调整范围广、响应速度快、整流变压器结构简单、停送电方便、闭锁后可无载操作机组断路器，计算机控制亦优于二极管整流。

6.3.7  整流所抑制谐波主要有多相制整流和设滤波装置：

    1  二极管无饱和电抗器调压，其功率因数一般不低于0.92。不存在无功补偿问题，但谐波不一定达标过关。所以，首先考虑多相整流这种最简单的治理谐波的方法。单机组等效12相整流，基本上消除了幅值较大的5次和7次谐波。

    2  二极管加饱和电抗器调压稳流和晶闸管整流控制稳流，功率因数往往达不到要求，必须进行功率因数补偿；至于是否需要谐波治理装置应根据实际电力系统要求确定；多机组并联的整流系统其单机组采用6相还是12相应根据具体工程结合滤波补偿装置的综合考虑为宜。

6.3.8  滤波装置设计考虑的因素是：

    1  滤波装置在基波下呈容性，它可兼作无功补偿装置，所以应统一考虑。

    2  从国内外运行经验的总结，滤波装置接在整流机组的供电母线上集中补偿，比各机组通过变压器补偿线圈接滤波补偿装置的效果好，因此在有条件时宜在供电母线上集中补偿，具体采用哪种方式应根据工程实际和系统长期运行维护、检修等因素综合考虑。

    3  为使各分支滤波器能单独运行，在可靠的前提下考虑电气接线简单、少用设备、节省投资、运行操作及维护检修方便。为防止大气和操作过电压击穿滤波器应在其两端装设避雷器。滤波器应设有低电压、过负荷、过电流，电流速断及电容器不平衡保护等二次设备。

    4  重燃断路器会因过流过压而爆炸。

    5  因理论计算与实际有误差，制造上也存在差异，所以串联电抗器应设调整调谐的抽头以达到最佳滤波效果。

    6  从安全、独立运行考虑设围栏。

    7  特征谐波经计算较接近实际，而非特征谐波（偶次、3和3的倍数次）计算较困难，一般经实测比较准确。如某电解铝厂引进可控硅整流机组及其滤波装置，投产后经测试发现3次谐波超标。另一电解铝厂同样引进设备，结果6次谐波超标，理应采用补救措施，但因设计没考虑预留安装场地而实现困难。

6.3.9  双反星带或不带平衡电器接线的二极管整流机组，整流臂短路将同时构成交流和直流两侧短路。非故障臂以及并联运行的整流器和具有反电动势的直流负荷，都向故障臂供给事故电流。不仅仅是以整流元件的反峰压提高为转移。

    某铝电解厂，直流输出电压超过300V，因元件击穿造成严重事故，被迫停产，整流所被废。美国规范也将并联运行时，直流额定电压限制在300V及以下。

    本条仅对双反星带或不带平衡电抗器接线的适用电压进行了规定。由于双反星带平衡电抗器接线的整流变压器制造结构比三相桥式接线复杂，容量亦大21％，而整流器的成本一般仅为变压器成本（不包括调压开关）的1/3，故机组并联运行时，虽直流电压小于条文中的电压规定值，只要技术经济合理，亦可选用桥式接线。

6.3.10  电压偏移率等于机组各部分阻抗引起的直流电压降（以空载直流电压的百分数表示），其中变压器的短路阻抗造成的压降占主要成分。在大多数整流电路内，短路阻抗可以代替换相电抗。因而，短路阻抗大，则换相角也大；位移因数低，电压偏移率大（外特性斜度大）。此外，为了限制短路电流不致过大，往往希望提高整流变压器的短路阻抗，但是在大电流机组内，即使将短路阻抗提高到较高值，变压器二次侧的短路电流往往还是大到难以保证短路动稳定的程度。因此，综合以上两个相互矛盾的因素，规定整流变压器的合理的短路阻抗很有必要。在大型机组内，二次侧常为多绕组。校验短路稳定时，只考虑其中一组绕组短路。二次侧一组绕组短路时的短路阻抗值可到20％～30％，而全部绕组短路时的短路阻抗宜在15％以下，为了有一个合理的数值，本规范规定电压偏移率不大于10％。

6.3.14  因分期投产时间间隔较长和使晶闸管不致深控，在整流变压器设置适当的抽头配合调压，不失为降低谐波含量和提高功率因数的措施。如某铝电解厂110kV晶闸管直降机组整流变压器无载抽头为，20％、40％、60％、80％、100％共五档；某锌电解厂220kV晶闸管机组在整流变压器80％处抽头星形和三角形倒换；某铜电解厂晶闸管整流机组采用调压深度为30％的有载抽头配合晶闸管调压。

    抽头调压的方式、级数应根据工艺生产情况确定。能用无载抽头尽可能不用有载，以降低设备费用和充分发挥晶闸管的优势。

6.3.15  调压范围的下限和级电压差的确定：

    1  为避免全系列整流机组逐台进行停电或送电操作时，最先投入或最后切除的机组不致严重过负荷。

    2  投产初期电解系列常分批焙烧启动电解槽，整流装置调压范围的下限主要决定于焙烧过程（铝电解）的需要和开始送电时需要的电压（重有色），同时考虑到适当缩小有载连续调压范围，以简化有载分接开关的结构，还须考虑满足逐个机组停送电需要，如采用无激磁切换变压器抽头和加饱和电抗器的措施。最低电压宜以焙烧末期的槽电压约2.5V～2.7V为依据。此时槽电流已达额定，如果整流装置的直流电压仍高于焙烧末期所需电压，势必造成整流装置及电解槽过流，铝电解最低电压一般为系列电压的10％。

    重有色金属电解的启动电压是指开始送电时需要的电压，其中锌电解约为系列电压的80％，铜电解约为系列电压的50％。

    3  目前可供选用的有载分接开关级数已达到105级，通常已能满足电压级差要求。

    4  有时需要在调压变压器电源侧为额定电压的情况下进行整流器直流短路下的均流试验。为此，需确定试验时需要的最低直流空载电压。

    直流短路时，输出电压为零，如略去整流元件的正向压降，则直流空载电压等于换相电抗直流电压降。

    5  一般电解整流装置最高电压为系列电压的115％。

    6  考虑到由低压段向高压段倒段时，不致引起机组过负荷。

6.3.16  随着电解系列电流的不断增大，如国内铝电解槽已达350kA，无疑要求整流机组的单机电流大。机组电流越大，磁场以及各部分阻抗的不对称对均流的影响越加严重，整流器钢铁外壳和附近铁构件涡流而发热严重。同时增加了电能损耗。

    为了降低阻抗压降，提高功率因数，改善均流情况减少杂散损耗，大电流整流机组宜采用同相逆并联整流电路。

    采用两个三相桥或两个双反星形带或不带平衡电抗器组成的同相逆并联系统，当正、逆两同名相间绝缘破坏时，元件反峰压将升至正常状态下的2倍或1.5倍，桥臂导电期间电流升至正常状态下的4倍或流过巨大的短路电流。所以对正、逆两同名相间在正常维护操作时容易产生金属性连接的地方，应适当加强绝缘或采取隔离措施等。

6.3.17  单机组形成等效12相，对减少交直流侧谐波电流、电压都有很大的好处。目前共轭式铁芯和两个铁芯结构的整流变压器都有采用，但由于共轭式铁芯迭装费工，制造难度较大，国内有的制造厂不愿生产，所以仍多采用两个铁芯。在同等容量条件下，采用共轭式铁芯比两个铁芯结构的整流变压器能够降低一定的费用，国外通常采用共轭式铁芯。

6.3.18  整流机组的整流效率，随着整流电压的升高而有所提高，有自动稳流系统的效率通常比无自动稳流低一些。