同相逆并联在整流装置中应用的讨论.docx

1、同相逆并联在整流装置中应用的讨论同相逆并联在整流装置中应用的讨论摘要：关于同相逆并联在生产中的运用随着国家近几年来经济的高速发展，氯碱行业也迎来了前所未有的高潮。目前全国已建和在建离子膜烧碱已近716.25万吨/年，其中已投产358.25万吨/年，在建、计划建的大约在358万吨/年，基本上都是采用先进的离子膜电解槽，而且90%以上都是复极式电解槽，单槽直流电流10KA15KA之间，直流电压300V450V之间，这种规格电槽的电流电压决定了整流装置的容量属高压、小电流关键词：同相逆并联 整流装置 应用 随着国家近几年来经济的高速发展，氯碱行业也迎来了前所未有的高潮。目前全国已建和在建离子膜烧碱已

2、近716.25万吨/年，其中已投产358.25万吨/年，在建、计划建的大约在358万吨/年，基本上都是采用先进的离子膜电解槽，而且90%以上都是复极式电解槽，单槽直流电流10KA15KA之间，直流电压300V450V之间，这种规格电槽的电流电压决定了整流装置的容量属高压、小电流。从国内离子膜复极槽所配整流装置来看，直流电流Id=15KA左右，直流电压Ud=300V450V，一台整流装置对应一台电解槽居多。但从整流装置的定货情况来看，国内制造的整流装置无一例外都采用同相逆并联技术，从国外引进的有采用非同相逆并联的整流装置。而且都是用户要求采用同相逆并联技术，说明同相逆并联这种先进技术很有市场，问

3、其为什么要采用同相逆并联技术，回答都不是很充分，因为其他都采用，所以要采用。说明对同相逆并联的认识不是很了解，或者了解不够深入。同相逆并联是一种技术，是一种在交流导排电流大，导排距离长的条件下减小感抗优势比较明显的技术，但当交流导排距离短，电流小，在这种条件下，它的技术优势就不明显，原有的优势就退位了，其他方面劣势就凸显出来，成为主要矛盾。它的整体优势就不是唯一的最佳选择，为让大家对同相逆并联在整流装置中的应用进一步了解，特对同相逆并联的技术特点作一定量分析。一、同相逆并联的技术特点是什么同相逆并联就就是利用相同相位、极性相反的两根导排组成的母线在整流装置中并联应用，要求条件是变压器阀侧由一个

4、线圈分为二个线圈，而且要反极性使用，见图一： 图一它的特点就是利用通过导体产生的磁力线相互抵消，达到减少导排的互感，最终减少母线的交流阻抗，达到提高功率因数的目的。当导排中的电流达到一定数值以上时，导排中电流产生的磁力线在周围的钢结构中产生电动势，形成涡流，涡流电流使钢结构发热，生成附加损耗。采用同相逆并联后，可以减少这种附加损耗。同相逆并联接线如图二所示：整流柜内，如在t1t2时间内，a11、a21对b16、b26都同时导电，过60电角度后，a11、a21对c12、c22同时导电，其它导排电位处于低电压，硅元件不导通，电路中电流通过，a21、a11、c12、c22分别形成逆并联电路，其他时间

5、类推。导通顺序如图三所示： 图二图三 现在来分析同相逆并联在工作时减小互感的工作原理，此时电路电抗以a相来说明，如：a11相的电感L1等于本相的自感加、减本相与其它导电相的互感。L1= La11 Ma11。a21+ Ma11。b26- Ma11。b16自感按公式计算：互感按公式计算： 式中：L导排长度，cmD导排自几何均距，D=0.224（a+b），cm。（a、b分别为导排的宽和高） 导排互几何均距，D=1/(4d1 d2)d2-(d1- d2)2ln(d1- d2)2+ d2 +1/(4d1 d2)(d12- d2)ln(d12+ d2) +1/(4d1 d2)(d22- d2)ln(d22

6、+ d2) +1/(2d1 d2)d2 lnd+(d/ d1 d2)(d2- d1)arctg(d2- d1)/d +(d/ d2)arctg (d1/d) +(d/ d1)arctg (d2/d)-3/2 (式中d1 、d2分别为导排的长度，d为导排的间距)同理可得b26相电感L2= Lb26 Mb26。b16+ M b26。a11- Mb26。a21，同样整流柜a11和b26对应的交流母线和直流支路母线电感也依此类推。二、非同相逆并联整流接线在t1t2时间内，a1、b6同时导电，a1相的电感：L= La1-M a1。b6其它类推。式中：L导排长度，cmD导排自几何均距，D=0.224（a+

7、b），cm。（a、b分别为导排的宽和高） 导排互几何均距，如前所示。三、通过一个实例计算来进行比较1、 参数：直流电压450V，直流电流15KA。2、 布置位置图：3、 进线方式：同相逆并联： 非同相逆并联整流柜内接线布置图：下面举例比较：同相逆并联，以a11、a21、b16、b26为例进行计算，交流导排截面15018mm，长度L为1500mm。L1= La11 Ma11。a21+ Ma11。b26- Ma11。b16由公式可推知，在互几何均距达到110cm时，互感的影响就可以忽略不计。所以a11的电感为：L1=（10.136-5.765+0.3）10-7=4.67110-7 H同样计算可得b

8、26的电感L2为3.88810-7H，等效电感按下式计算：L=（L1 L2）/4 =（3.888+4.671）/410-7=2.14010-7 H。若将交流导排长度减少为100cm，此时等效电感L为1.45810-7H。非同相逆并联，以a1、b6为例进行计算，交流导排截面30040mm，长度L为1500mm。L= La1-M a1。b6所以a1的电感为L=（8.021-0.266）10-7=7.75510-7H。若将导排长度改为100cm，此时a1的电感L为4.53610-7H。通过以上计算，我们将计算结果列表如下：导排长度连接方式150cm100cm同相逆并联L=2.14010-7HL=1.

9、45810-7H非同相逆并联L=7.75510-7HL=4.53610-7H由表格可以看出，对导排电感影响最大的是导排的长度，而非导排的互几何均距，在互几何均距达到6080cm后，导排间的互感就可忽略不计。在整流柜内，由于现a11相对应交流母线（图中A）和直流母线（图中B）也要产生电感，并在整流柜壳体及周围钢结构中产生电动势，形成涡流。其电感值计算如下：a11相对应的交流母线A的电感为：L1= La11 Ma11。a21+ Ma11。b26- Ma11。b16 + Ma11。a11- Ma11。a21+ Ma11。b26- Ma11。b16式中，a11相对应的交流母线电感用a11表示，a11相

10、对应的直流母线电感用a11表示，La11表示a11相交流母线的自感，Ma11。a21表示a11相交流母线对a21相交流母线的互感，Ma11。a11表示a11相交流母线对a11相直流母线的互感，其余类推。经计算可得：La11=4.71810-7 H， Ma11。a21=3.68010-7 H， Ma11。a11=0.95010-7 H， Ma11。a21=0.92910-7 H，a11相对b16相和b26相互感由于间距过长（138cm左右），可忽略不计。所以a11相对应的交流母线A的电感为：L1=（4.718-3.680+0.950-0.929）10-7 H=1.05910-7 H。（同理可得b

11、26相交流母线的电感L2=1.05910-7 H）a11相对应的直流母线B的电感为：L1= La11 Ma11。a21+ Ma11。b26- Ma11。b16 + Ma11。a11- Ma11。a21+ Ma11。b26- Ma11。b16经计算可得：La11=6.43910-7 H， Ma11。a21=5.27010-7 H， Ma11。a11=0.95010-7 H， Ma11。a21=0.92910-7 H，a11相对b16相和b26相互感由于间距过长（138cm左右），可忽略不计。所以a11相对应的直流母线B的电感为：=（4.718-3.680+0.950-0.929）10-7 H=1

12、.19010-7 H。（同理可得b26相直流母线的电感L2=1.19010-7 H）而非同相逆并联，观察其柜内接线，交流导排经整流元件后，直接到总母线，因而没有这部分电感。经过以上计算，在同相逆并联中，a11相对应的总电感：La0= L1 + L1+L1=（4.671+1.059+1.190）10-7 H=6.92010-7 HB26相对应的总电感：Lb0= L2 + L2+L2=（3.888+1.059+1.190）10-7 H=6.17310-7 H等效电感计算：等效电感：（La0 +Lb0）/4=（6.920+6.173）/4=3.27310-7 H而非同相逆并联等效电感为7.75510

13、-7 H。现在对整流变压器感抗与导电相的电感进行比较。整流变压器铭牌数据如下：额定容量：8100KVA，额定电流128.1/61202，额定电压36500/382V，空载电流1.88%，空载损耗18.37KW，短路阻抗UK%=8%，短路损耗60.99KW。 Z = UK/100Ue2/S=8/1003822/（8100103）=0.00144 R=（60.99103）/32（6120）2=0.000272 X=（Z2- R2）1/2=（14.42 1.362）1/210-4=0.00141 将此感抗值换算为电感，L=X/2f=0.00141/23.1450=4.49010-6 H。（同样计算得

14、非同相逆并联整流变压器电感为4.55410-6 H）将计算结果列于下表，比较如下： 等效电感连接方式 导线等效电感变压器等效电感同相逆并联L=3.27310-7HL=4.49010-6H非同相逆并联L=7.75510-7HL=4.45410-6H比较发现，导线产生的电感与变压器电感相比，相差一个101数量级。4、 支路臂电流同相逆并联：156=2.5 KA非同相逆并联：153=5 KA5、 支路元件数，按一般选择，3英寸元件整机安全系数取3.5倍。a.同相逆并联2.5 KA3.53=2.9 KA，可选3只3KA的元件2.5 KA3.54=2.1 KA，可选4只2KA的元件选择4只元件并联，当损

15、坏一只元件后，由余下的3只元件并联运行。还要考虑均流系数的变化，如均流系数低，将造成连锁反应，最终把支路余下的3只元件全部烧坏。均流系数=（各元件电流实际值之和/并联元件数）并联元件的最大电流出厂可按0.9校正。选3只3KA元件安全系数太高，因为每臂损坏两只元件后，仍可正常运行（臂电流2.5KA，元件电流为3KA），选2只3KA的元件已经满足要求，安全系数定得太高，实际上是一种浪费。每支臂 2只 共24只 3000A 2.4倍（最低1.2倍）每支臂 3只 共36只 3000A 3倍以上每支臂 4只 共48只 2000A 3倍以上安全系数的取值与支臂元件数和元件电流容量有关，如果不考虑元件数和元

16、件电流容量，统一定安全系数是不合理的。只要元件电流大于臂电流，均流度在安全上就失去意义，只对减少损耗有作用。（损耗等于I2R）b.非同相逆并联每支臂电流 15 KA3=5 KA每支臂选择2个元件，可选5800A元件，安全2.32倍，最低1.61倍。每支臂 2只 共12只 5800A6、 安全风险、可靠性度的计算按一元件的可靠系数99.9%计算。a.同相逆并联24只元件，安全系数为：0.99924=0.97636只元件，安全系数为：0.99936=0.96448只元件，安全系数为：0.99948=0.953b.非同相逆并联12只元件，安全系数为：0.99912=0.988如果再考虑熔断器、冷却器

17、因数，可靠系数都按99.9%计算，结果如下：12只元件，安全系数为：0.99936=0.96424只元件，安全系数为：0.99972=0.93036只元件，安全系数为：0.999108=0.89748只元件，安全系数为：0.999144=0.8667、 交流导排数a.同相逆并联需要12块；b.非同相逆并联需要6块。8、 直流导排数a.同相逆并联需要12块+2块总母线；b.非同相逆并联需要2块总母线。9、 元件电流的限制a.同相逆并联，正常选择3英寸元件，即3500A以下的，选择太大不合理，原因是臂电流为2.5KA；b.非同相逆并联，可选择4英寸以上元件，即5800A以上的。10、元件正向电压降

18、a.3英寸元件 2000V 30003500A UT=1.201.25V；b.4英寸元件 2000V5800 A UT=1.11.15V。11、冷却水的支路a.同相逆并联，12支+2支；b.非同相逆并联，6支+2支。12、控制回路a.同相逆并联，脉冲支路：模拟数字脉冲数24，36，48；b.非同相逆并联，脉冲支路：模拟数字脉冲数12，脉冲功率小于同相逆并联。13、对壳体的要求a.同相逆并联，用一般钢结构柜体，四周用玻璃钢搭铜支架；b.非同相逆并联，在臂电流超过一定值时，用非铁结构柜体，内部用玻璃钢搭铜支架，紧固件采用非铁材料。14、在柜内的检修空间及维护a.同相逆并联，柜内交直流母线多，交流间

19、距为515cm，检修人员安全性、方便性差；正负极支路母线间距为5.5cm左右，紧固件绝缘要求高，存在交流母线、正负直流母线短路的可能性；b.非同相逆并联，柜内母线少，结构简单，检修人员安全性高，各种间距都在50cm左右，消除了柜内交流母线、直流母线正负极间短路事故可能性，安全性明显提高。结论：通过上述两种技术应用的对比，各有优缺点，在烧碱新的改扩建中，选用离子膜复极式电解槽的整流装置中，直流电压Ud=300450V，直流电流Id15KA时，采用同相逆并联技术并不是唯一的最佳选择，还有其他选择。同相逆并联连接，结构相对复杂，交流导排，直流支路导排长度较长，只能采用小容量元件，而小容量元件门槛电压明显高于大容量元件，效率要低一些，安全性为0.860.93，相对较非同相逆并联0.96低。同相逆并联限制了大容量元件的使用，只能采用小容量元件，而小容量元件门槛电压明显高于大容量元件，效率要低一些。同相逆并联的优点是减少了交流导排的电感量，减少了钢结构壳体的发热损耗。从目前安装方式来看，整流变压器至整流柜的间距都比较短，在1米1.5米左右，不会太长，当臂电流在5KA以下时，不致引起钢结构壳体的严重发热，或者采用塑钢结构的壳体