用國產(chǎn)整流設(shè)備替換進(jìn)口整流設(shè)備的技術(shù)對比與分析

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1、用國產(chǎn)整流設(shè)備替換進(jìn)口整流設(shè)備的技術(shù)對比與分析1引言近年來，我國電解鋁工業(yè)得到了前所未有的迅猛發(fā)展，這不僅給我國整流電源設(shè)備制造行業(yè)帶來了發(fā)展的機(jī)遇，而且也促進(jìn)了我國電化學(xué)用整流電源設(shè)備技術(shù)水平的提高。目前，國產(chǎn)電解鋁用超高功率整流電源設(shè)備與國外同類產(chǎn)品相比，不僅在價(jià)格上占有優(yōu)勢，而且在技術(shù)水平的提高上也是非常顯著的。整流電源設(shè)備是電解鋁生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其主要特點(diǎn)是輸出功率非常大，必須能常年不間斷地連續(xù)運(yùn)行，給電解槽穩(wěn)定地提供強(qiáng)大的直流電流。就其技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)先進(jìn)性而言，主要體現(xiàn)在輸出功率大小，損耗與效率，可靠性，自動化程度等幾個(gè)方面?，F(xiàn)在，即使是單系列年產(chǎn)250kt

2、以上的電解鋁工程所需要的整流電源設(shè)備已不再依賴國外進(jìn)口，這是國產(chǎn)設(shè)備技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)全面提高的重要標(biāo)志。從中鋁青海分公司一電解用國產(chǎn)整流設(shè)備替換進(jìn)口整流設(shè)備的實(shí)踐說明，用現(xiàn)在的國產(chǎn)整流設(shè)備替換過去進(jìn)口的整流設(shè)備已完全具備條件。2整流主電路連接結(jié)構(gòu)問題一個(gè)電解鋁系列的設(shè)計(jì)年產(chǎn)量是確定并聯(lián)整流機(jī)組個(gè)數(shù)和單機(jī)組功率的基本依據(jù)。單個(gè)整流機(jī)組輸出功率越大，所需并聯(lián)機(jī)組個(gè)數(shù)越少，便可相對降低電源設(shè)備的投資。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)在建的大型電解鋁工程的主要技術(shù)數(shù)據(jù)如表1所列。由表1可見，現(xiàn)在單機(jī)組直流輸出功率最大已達(dá)到1300×38×2×103=98.8MW。實(shí)踐證明，再進(jìn)一步增大單機(jī)組直

3、流輸出功率，除受到整流器件電壓等級和快速熔斷器極限分?jǐn)嗄芰Φ南拗浦?，還受到整流變壓器和整流器連接結(jié)構(gòu)的制約。下面就三種有代表性的整流主電路連接方式進(jìn)行對比分析。表1國內(nèi)目前在建的大型電解鋁工程主要技術(shù)數(shù)據(jù)名稱年產(chǎn)量/kt系列電流/kA系列電壓/V機(jī)組個(gè)數(shù)機(jī)組電流/kA機(jī)組電壓/V器件選擇快熔選擇青銅峽鋁業(yè)2503501250638×21250進(jìn)口國產(chǎn)云南鋁業(yè)2503501300638×21300進(jìn)口進(jìn)口河南中孚鋁業(yè)2403201300635×21300進(jìn)口國產(chǎn)東方希望鋁業(yè)2403201300635×21300進(jìn)口國產(chǎn)山西關(guān)鋁鋁業(yè)2003001200632×21200進(jìn)口

4、國產(chǎn)信發(fā)希望鋁業(yè)1402501000443×21000進(jìn)口國產(chǎn)廣元啟明星鋁業(yè)200320860542×2860進(jìn)口國產(chǎn)山東華信鋁業(yè)1402501050443×21050進(jìn)口國產(chǎn)山西華澤鋁業(yè)1403201200632×21200進(jìn)口進(jìn)口山東鄒平鋁業(yè)80250600443×2600進(jìn)口國產(chǎn)山東澳伸鋁業(yè)1502501050443×21050進(jìn)口國產(chǎn)中鋁青海鋁業(yè)1001601200433×21200進(jìn)口進(jìn)口2.1BBC整流設(shè)備存在的問題和原因分析中鋁青海分公司一電解，年產(chǎn)電解鋁100kt。整流電源設(shè)備是在1985年由當(dāng)時(shí)的瑞士BBC提供，也是BBC自1958年生產(chǎn)電化學(xué)用硅整流設(shè)

5、備以來，承接的第330份訂單。整個(gè)系列有260臺電解槽，系列電流160kA，系列電壓1150V，由四個(gè)電流為56kA，電壓1150V的整流機(jī)組并聯(lián)供電。這在當(dāng)時(shí)稱得上是世界上功率最大，技術(shù)最先進(jìn)的電化學(xué)用整流設(shè)備了。至今，經(jīng)過16～17年的運(yùn)行，就整流器本身而言，與后來國內(nèi)其他各廠從德國西門子，瑞典ASEA，法國西吉萊克，意大利安薩爾多以及日本富士電機(jī)等國際著名公司引進(jìn)的同類整流器相比，仍不遜色。圖1和圖2分別是整流主電路連接原理圖與整流裝置結(jié)構(gòu)示意圖。由圖2可知，整流裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將整流的正、負(fù)極分成兩個(gè)獨(dú)立單元，以避免整流裝置內(nèi)部發(fā)生直流側(cè)短路。不僅如此，其母線結(jié)構(gòu)

6、的整體性和動態(tài)穩(wěn)定性也非常優(yōu)越。然而，經(jīng)過十多年的運(yùn)行證明，該整流裝置的優(yōu)點(diǎn)是以增加整流變壓器的制造難度和縮短整流變壓器使用壽命為代價(jià)獲得的。其主要表現(xiàn)為：1）變壓器噪聲過大，達(dá)到90dB以上；2）運(yùn)行溫升偏高，最高可達(dá)到85℃；3）絕緣過快老化，現(xiàn)在最嚴(yán)重的地方，表面已出現(xiàn)焦裂現(xiàn)象；4）自飽和電抗器調(diào)壓范圍不夠，只有20V左右。圖1整流主電路連接原理圖圖2整流裝置結(jié)構(gòu)示意圖由于BBC當(dāng)時(shí)是第一次制造這么大容量的整流變壓器，對于大電流交變磁場所產(chǎn)生的危害認(rèn)識不足。由圖1可見，當(dāng)強(qiáng)大的交流電流通過閥側(cè)交流母線時(shí)，所產(chǎn)生的交變磁場不能被相互抵消；而閥側(cè)母線的連接方式使得自飽和

7、電抗器的引出線之間有過多的相互交叉，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，因此，不得不過多地采用軟連接，使之沒有足夠的支撐；在大電流交變磁場的作用下，產(chǎn)生的振動，局部渦流發(fā)熱和對自飽和電抗性能的影響就很突出，以致于超出允許范圍，加速設(shè)備老化。另外，或者是受運(yùn)輸尺寸的限制，或者是為了節(jié)省材料，BBC將本應(yīng)做成兩個(gè)器身的整流變壓器合二為一成一個(gè)。并且取消了中間的共軛鐵心，使變壓器結(jié)構(gòu)特別緊湊，變成了分裂式變壓器。分裂式變壓器的電磁特性還與其穿越阻抗的大小有關(guān)，所產(chǎn)生的負(fù)面影響也不能被輕易忽視。2.2克服交變電磁場影響的主要對策在超高功率整流機(jī)組中，由于強(qiáng)