電解整流所設(shè)計(jì)(rectifier station design for electrolysis)

把交流電轉(zhuǎn)換為直流電用于電解的變流系統(tǒng)及其設(shè)備配置的設(shè)施設(shè)計(jì)。

有色金屬電解過(guò)程需用低電壓大電流的直流電，其用電量因不同金屬品種及其產(chǎn)量而異。整流所將電網(wǎng)來(lái)的交流電，經(jīng)過(guò)變壓和變流轉(zhuǎn)換成所需的直流電，且由母線送至電解車間。

電解整流所設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：主接線系統(tǒng)確定，整流設(shè)備選型，整流機(jī)組數(shù)量及容量確定，機(jī)組的控制、測(cè)量和保護(hù)，諧波電流抑制，整流所位置和配置等。

主接線系統(tǒng)確定整流所主接線系統(tǒng)與電源條件、生產(chǎn)規(guī)模和負(fù)荷性質(zhì)等因素密切相關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)不同金屬電解工藝條件，并結(jié)合全廠總供電系統(tǒng)通盤(pán)考慮，使主接線系統(tǒng)在保證供電可靠的基礎(chǔ)上，力求簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，操作方便。

根據(jù)有色金屬電解工藝負(fù)荷性質(zhì)的劃分，大中型鋁電解負(fù)荷屬于一級(jí)負(fù)荷，因停電會(huì)造成電解槽凝固損壞；在大中型鋅電解負(fù)荷中，有15％～20％屬于一級(jí)負(fù)荷，停電會(huì)使電解槽的陰極板返溶，產(chǎn)生大量氫氣，可能引起爆炸。銅、鉛、鎳等其他重有色金屬的電解負(fù)荷屬于二級(jí)或三級(jí)負(fù)荷。

屬于一級(jí)負(fù)荷的電解設(shè)備，要求有兩個(gè)獨(dú)立電源供電，屬于二級(jí)負(fù)荷的電解設(shè)備，要求有兩回路電源線路供電。大中型具有一級(jí)負(fù)荷的電解整流所，交流高壓主母線設(shè)計(jì)為雙母線系統(tǒng)以保證電解車間全年連續(xù)性生產(chǎn)。二級(jí)負(fù)荷的整流所一般設(shè)計(jì)為單母線系統(tǒng)。

整流機(jī)組的一次電壓與外部供電電壓和整流所容量有關(guān)。整流機(jī)組一次電壓盡量采用電網(wǎng)高壓電，避免在廠內(nèi)兩次降壓以節(jié)約投資減少電能損耗。大中容量機(jī)組采用35kV、110kV或220kV，中小容量機(jī)組一般采用6kV、10kV或35kV，根據(jù)工程的需要和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。中國(guó)在80年代建設(shè)的一些大型鋁電解廠，采用了110kV和220kV直降式整流裝置，收到良好的效益。

整流設(shè)備選型整流設(shè)備一般由降壓(調(diào)壓)變壓器、整流變壓器和整流器三單元構(gòu)成。整流器又有二極管整流和可控硅整流之分。二極管整流的調(diào)壓靠降(調(diào))壓變壓器的有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)作粗調(diào)，靠串接于整流變壓器后的飽和電抗器作微調(diào)，無(wú)控制觸發(fā)電路。而可控硅整流的調(diào)壓不需在降壓變壓器帶有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)，也不需飽和電抗器，完全由可控硅帶控制觸發(fā)電路進(jìn)行一定寬度范圍的調(diào)壓。兩種整流方式，由于結(jié)構(gòu)上的不同，其工作方式和性能差別也較大。二極管整流裝置設(shè)備重量大，整流效率低，設(shè)備造價(jià)較高，可控硅整流因無(wú)有載調(diào)壓裝置和電抗器，體積重量明顯減少，整流效率略高，造價(jià)降低。可控硅調(diào)壓要配用較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，整流的諧波電流大，需要配備比二極管還大的濾波設(shè)備，但整流設(shè)備總造價(jià)仍低于二極管整流裝置。中國(guó)80年代后期建設(shè)的幾個(gè)大型鋁電解廠采用了大電流可控硅整流裝置，由于可控硅調(diào)壓系統(tǒng)反應(yīng)迅速，對(duì)于陽(yáng)極效應(yīng)引起的電流波動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)較理想的恒流控制，有利于穩(wěn)定電解槽的產(chǎn)量。

電解整流設(shè)備，以前都是采用二極管整流，80年代以來(lái)，世界各國(guó)的大功率可控硅整流有了很大發(fā)展。由于制造水平的不同，兩種整流設(shè)備，各國(guó)用于電解整流方面所能達(dá)到的功率水平有很大差異。采用哪一種整流設(shè)備應(yīng)做方案比較后確定。

整流機(jī)組數(shù)量及機(jī)組容量確定確定 整流機(jī)組數(shù)量與機(jī)組電流(容量)要考慮工藝全年連續(xù)生產(chǎn)的要求，要節(jié)省投資又要取得較高的整流效率。大中型整流所應(yīng)設(shè)有備用整流機(jī)組，即堅(jiān)持(N+1)的原則，系列電流除需要Ⅳ臺(tái)整流機(jī)組并列滿載運(yùn)行供電外，還須增加一臺(tái)備用機(jī)組在正常時(shí)并列運(yùn)行，以保證當(dāng)整流機(jī)組中任一臺(tái)檢修或故障時(shí)，電解系列電流仍不降低。

整流機(jī)組的臺(tái)數(shù)與機(jī)組的電流要經(jīng)方案比較后確定。若機(jī)組臺(tái)數(shù)少，則機(jī)組(單臺(tái))電流大，備用率高、負(fù)荷率低；反之，若機(jī)組臺(tái)數(shù)多，則機(jī)組電流小，備用率低，負(fù)荷率高，但是也帶來(lái)設(shè)備投資高(特別是高壓直降式整流裝置)和建筑費(fèi)用高的缺點(diǎn)。中國(guó)大型鋁電解廠每個(gè)系列一般電壓為110kV及220kV的整流機(jī)組都采用4臺(tái)(包括備用機(jī)組)。在正常情況下，4臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行，其中1臺(tái)故障檢修，其余3臺(tái)滿負(fù)荷運(yùn)行。

整流機(jī)組額定電壓是按照每個(gè)電解槽的平均槽電壓乘以系列總槽數(shù)并計(jì)入直流母線壓降而確定的。對(duì)于鋁電解還要計(jì)入預(yù)定數(shù)量的陽(yáng)極效應(yīng)時(shí)槽電壓的升高值。

機(jī)組的控制、測(cè)量和保護(hù) 整流機(jī)組的單機(jī)起動(dòng)、多機(jī)并車運(yùn)行及正常運(yùn)行中的調(diào)壓操作，一般都在控制室系列機(jī)組的操作臺(tái)上進(jìn)行，必要時(shí)可在機(jī)旁的局部操作柜上進(jìn)行。現(xiàn)代大型整流機(jī)組由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)程序操作，恒電流和平均恒安時(shí)控制，對(duì)最大電力需要量進(jìn)行監(jiān)控以及數(shù)據(jù)處理和報(bào)表打印。

向電解車間輸送大電流直流電的精確測(cè)量關(guān)系到電解產(chǎn)品產(chǎn)量和能耗計(jì)算的準(zhǔn)確性。一般要采用高精度的儀表進(jìn)行測(cè)量，其滿刻度相對(duì)誤差小于0．2％。

整流機(jī)組交流側(cè)裝有短路、過(guò)電流等故障的保護(hù)裝置，直流側(cè)裝有保護(hù)硅元件的快速熔斷器。

諧波電流抑制 整流器產(chǎn)生諧波電流影響電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。抑制諧波的主要方法是采用多相制系統(tǒng)，例如采用單機(jī)組等效12相，多機(jī)組等效12、18、24、36、48相等。在不增加或少增加投資的條件下，盡量使整流機(jī)組有較高的整流相數(shù)。若等效多相制仍不能滿足要求，一般則采用濾波裝置來(lái)濾除諧波電流。

整流所位置和配置 整流所的位置要選在電解車間廠房主導(dǎo)風(fēng)向上風(fēng)側(cè)，并盡量靠近廠房以減少污染，節(jié)省直流母線，減少電能損耗。要考慮整流變壓器、降壓調(diào)壓變壓器的運(yùn)輸，電源進(jìn)線為架空線的在總圖布置上要留出架空線路的走廊。

整流所的配置根據(jù)已確定的電氣系統(tǒng)和已選定的電氣設(shè)備進(jìn)行。其設(shè)備主要包括：高壓配電裝置，降壓變壓器，整流變壓器，整流器，飽和電抗器，機(jī)組控制、測(cè)量和保護(hù)屏等。具體配置要滿足運(yùn)行安全可靠，維護(hù)檢修方便，投資省，運(yùn)行費(fèi)低和便于施工。

大中型整流所除降壓變壓器及整流變壓器為室外配置外，其余設(shè)備均為室內(nèi)配置。根據(jù)設(shè)施情況，當(dāng)配置成雙層建筑時(shí)，應(yīng)與電解車間廠房之間有10m左右間距，以保持通風(fēng)和自然采光條件良好。小型整流所，設(shè)旋較簡(jiǎn)單，一般為單層建筑，與電解車間廠房緊靠。