專利名稱：一種雙反星整流分期投產(chǎn)方案及半控橋電路的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大功率整流技術(shù)領(lǐng)域背景技術(shù)：
2003年全國電解整流技術(shù)應(yīng)用研討會論文整流變壓器是電化學行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備。企業(yè)在進行技術(shù)規(guī)劃和改造時，由于資金等諸多原因要求工程能分期投產(chǎn)，對于整流變壓器相應(yīng)地要適應(yīng)工程分期的特點。二期工程投產(chǎn)后，產(chǎn)品產(chǎn)量增加，電壓在一期電壓基礎(chǔ)上增長70％～100％，電流維持一期電流不變。
在各期工程中，系統(tǒng)要求整流變壓器既能輸出滿足工藝要求的額定直流參數(shù)，又能使整流變壓器容量的利用率較高，經(jīng)濟性能較好。同時設(shè)計方案要考慮現(xiàn)場條件，方便現(xiàn)場改造操作。常用的設(shè)計線路方案有如下六種①整流變壓器網(wǎng)側(cè)進行Y--D變換變壓器網(wǎng)側(cè)三相繞組全部引出，可以根據(jù)需要接成Y和D(或安裝Y——D倒換開關(guān))，使閥側(cè)得到57.7％和100％的兩級電壓。
線路的特點保持閥側(cè)繞組電流不變，將網(wǎng)側(cè)繞組由Y接改成D接，輸出電壓增大 倍，從而滿足兩期工程對不同直流電壓的需要。即一期網(wǎng)側(cè)接成Y接線，二期網(wǎng)側(cè)接成D接線。設(shè)計這種線路的整流變壓器，要以D接時的電磁負荷為基準，按D接時絕緣水平來設(shè)計。網(wǎng)側(cè)繞組Y接時，其容量為D接時容量的 ，變壓器容量沒有充分利用，效率和功率因數(shù)低。此線路適應(yīng)于一、二期工程時間間隙短(1年左右)的中小型整流變壓器。
②改變調(diào)壓回路接線調(diào)壓變壓器每相通過套管引出三個端子，通過端子切換供整流主變輸出一二期工程所需電壓。此線路適應(yīng)在第一期工程和第二期工程相隔很近(半年左右時間)的工程，性能指標與整流變壓器網(wǎng)側(cè)進行Y--D變換相似。
⑧改變主變電路接線主變每相通過套管引出三個端子，電壓切換的電磁原理同改變調(diào)壓回路接線。此線路適應(yīng)在第一期工程和第二期工程相隔很近(半年左右時間)的工程。
線路的特點通過改變主變高壓側(cè)的線圈匝數(shù)來達到改變輸出電壓的目的。并且在第一期時變壓器的損耗低，第二期時變壓器達到額定損耗，但第一期時主變網(wǎng)側(cè)用于調(diào)壓的繞組第二期時不再使用，占用變壓器容量。
④整流變壓器閥側(cè)繞組串并聯(lián)接線的改接將整流變壓器閥側(cè)繞組每相分成二組等效繞組引出，一期時閥側(cè)繞組并聯(lián)運行，得到50％的額定直流電壓；二期時閥側(cè)繞組串聯(lián)運行，得到100％的額定直流電壓。
線路的特點這種改接形式適應(yīng)于新建或擴建項目。由于資金和土地征用等問題的影響，需要分期投入同種電解槽，這就需要相應(yīng)的整流變壓器一期為并聯(lián)的形式，通過額定電流和二分之一額定電壓，到二期工程投入時，再訂購一臺相同的整流設(shè)備并將一期已投入的整流變壓器由并聯(lián)改成串聯(lián)形式。兩臺變壓器并聯(lián)運行，帶上額定負荷。一期工程與第二期工程相隔時間較近，并且兩期的電解槽的選型均相同，第二期與第一期不同的只是電解槽的數(shù)量。兩期所需的系列電流的額定值是一樣的，第二期由于槽數(shù)的增加要求系列電壓的額定值增大。閥側(cè)繞組上進行串并聯(lián)，在橋式整流電路中使用得比較多。在雙反星形帶平衡電抗器電路中，還是以改變整流方式為好。
⑤改變整流方式當整流裝置用于大電流、低電壓時，采用雙反星帶平衡電抗器接線。如果由于電解要增槽，提高其額定直流電壓時，則可以取消平衡電抗器。改為三相橋式整流接線，則直流電壓可提高一倍，而直流輸出電流則是原來的 倍。由于兩種整流接線的閥側(cè)繞組利用系數(shù)不同，橋式接線時，閥側(cè)繞組的損耗僅為雙反星接線時的50％左右，網(wǎng)側(cè)繞組利用系數(shù)相同，故網(wǎng)側(cè)損耗相同。
線路特點為了第二期工程直流輸出電流不變，需增加一臺直流輸出容量相同的整流變壓器。這種改接方式適用于第一期工程采用雙反星形帶干衡電抗器整流方式。尤其是在進行第一期工程設(shè)計時，就有改變整流方式的考慮。
⑥三期投產(chǎn)方案如企業(yè)電解槽增槽的方案分為三期增槽過渡時，整流變壓器的接線可以采用下面的線路來實現(xiàn)。
第1期電槽投產(chǎn)時，采用雙反星形帶平衡電抗器接線，網(wǎng)側(cè)為Y接線(也可采用三相五柱式雙反星形不帶平衡電抗器的接線方式)。
第II期電槽投產(chǎn)時改接成三相橋式整流電路接線，使直流電壓提高一倍。
第III期電槽投產(chǎn)時，在橋式整流方式電路接線時，把網(wǎng)側(cè)Y形接線改為△接線，使直流電壓提高至第1期直流電壓的 倍。

發(fā)明內(nèi)容3.1發(fā)明目的 本發(fā)明是改進上述⑤(改變整流方式)半波整流改橋式整流不合理之處即同相逆并聯(lián)整流變壓器閥側(cè)一期四星半波整流在二期工程時變成雙星橋式整流，失去了閥側(cè)繞組四分裂的意義。本發(fā)明采用橋式整流柜，一期仍是四星半波整流，在二期工程時變成四星橋式整流。
3.

圖1是一期工程原理接線圖，圖2是二期工程原理接線圖。
3.具體實施方式
(下述簡稱新方案)整流變壓器設(shè)計成兩組雙反星(中心點引出)同相逆并聯(lián)電路，整流器配用全控或半控橋式整流器。一期工程為雙反星帶平衡電抗器(或變壓器采用三相五柱式結(jié)構(gòu)代替平衡電抗器)同相逆并聯(lián)半波整流，需整流器取下Y1、Y2負極組整流元件至快熔之間的連接銅排，取下Y3、Y4正極組整流元件至快熔之間的連接銅排，Y1、Y2是兩組反星構(gòu)成帶平衡電抗器半波整流，Y3、Y4分別是Y1、Y2的同相逆并聯(lián)。二期工程為雙反星同相逆并聯(lián)橋式整流，整流器裝上一期工程時拆下的正負極組快熔至整流元件之問的連接銅排并拆除Y1、Y2、Y3、Y4中心點至正負極之間的銅排。Y1、Y3及Y2、Y4構(gòu)成同相逆并聯(lián)橋式整流。變壓器容量按二期工程設(shè)計。
3.4有益效果，新方案與過去各技術(shù)方案比較。
3.4.1新方案與雙反星半波整流接線改雙星橋接線比較。
一般采用原方案時如當時無二期想法，設(shè)一期直流功率PD，則變壓器設(shè)計為網(wǎng)側(cè)1.05PD，閥側(cè)1.48PD。當有二期時需再增一臺1.05PD的變壓器。
如當時有二期考慮往往將變壓器設(shè)計成閥側(cè)網(wǎng)側(cè)都為1.48PD，一期網(wǎng)側(cè)未充分利用，待二期閥側(cè)橋接時網(wǎng)側(cè)容量充分利用，但電流只能達ID/√2，需再增一套能輸出0.3ID容量的變壓器，同時兩期整流元件電流容量不可省，與新方案元件電流容量相同，這時經(jīng)濟性就差，需增一套高壓開關(guān)設(shè)備及整流器和整流控制設(shè)備，且一期時既然有二期想法將變壓器設(shè)計成1.48PD，何不設(shè)計成2PD。采用新方案二期不增加高壓投資及新整流投資。
新方案變壓器閥側(cè)星型繞組四組星橋構(gòu)成兩組同相逆并聯(lián)整流電路，原方案變壓器閥側(cè)星型繞組二期工程時由四組并聯(lián)成兩組構(gòu)成一組同相逆并聯(lián)整流電路，整流器在同樣的輸出電流及選用同樣等級電流元件下，新方案每臂并聯(lián)元件少一半，均流性能好。
3.4.2新方案與網(wǎng)側(cè)Y-D切換比較。
相同點都有二期考慮，變壓器都為一次投資，二期都為橋式整流。(如網(wǎng)側(cè)Y-D切換，閥側(cè)半波整流不變方案，一般情況下二期電壓400V以上，再用半波整流不好)不同點，調(diào)壓開關(guān)網(wǎng)側(cè)Y-D切換是線端調(diào)壓，新方案可以是中心點調(diào)壓，二者調(diào)壓開關(guān)價格及對調(diào)壓開關(guān)和變壓器的絕緣要求不同，網(wǎng)側(cè)Y-D切換變壓器按D接時絕緣水平來設(shè)計。
功率損失二期損失相同，但Y-D切換方案一期整流器及變壓器損失都為新方案的雙倍，雖然一期運行時間不長但電能損失不可小視。網(wǎng)側(cè)Y-D切換一期時其容量為D接時容量的 ，變壓器容量沒有充分利用，效率和功率因數(shù)低。如某臺整流變壓器網(wǎng)側(cè)Y-D切換閥側(cè)橋式整流，直流電流12KA，直流電壓600V，主變損耗90KW，采用新方案再計及節(jié)省的整流器損耗，一期節(jié)省損耗功率近50KW。新方案一二期工程有載開關(guān)有相同的運行檔位，比Y-D切換節(jié)省檔位設(shè)計。
3.43與整流變閥側(cè)串并聯(lián)方案比較。變壓器設(shè)計成串并聯(lián)說明有二期考慮，當一期變壓器容量僅夠可使用，二期改串聯(lián)需再增一臺變壓器，閥側(cè)并聯(lián)接線，其并聯(lián)接線麻煩，且二期做成兩臺變壓器(又不可移相)其重量及功率損失比做成一臺大1.18倍。如變壓器設(shè)計成二期容量與新方案比較，前者一期變壓器損耗為變壓器全功率損耗的1/4，后者一期變壓器網(wǎng)側(cè)損耗為變壓器全功率網(wǎng)側(cè)損耗的1/4，閥側(cè)為變壓器全功率閥側(cè)損耗的1/2，但整流器損耗前者為橋式損耗大一倍，且變壓器閥側(cè)繞組每根分成兩組(總匝數(shù)必為雙數(shù)，減少相鄰奇數(shù)匝數(shù)設(shè)計選擇)，變壓器閥側(cè)器身需雙倍的引出接線。相同情況下同相逆并聯(lián)組數(shù)比新方案少一半，導致每臂元件數(shù)多一倍，元件均流沒有新方案好。
3.4.4工程有三期投產(chǎn)方案時新方案特別適合，一期雙反星半波整流，二期工程時采用新方案變成橋式整流，三期工程時把網(wǎng)側(cè)Y形接線改為△接線。
3.5二期工程時半控橋代替全控橋在新方案中的應(yīng)用構(gòu)成無偶次諧波半控橋電路3.5.1發(fā)明目的發(fā)明無偶次諧波半控橋電路，克服半控橋電路在大功率電化學整流中不使用的長期偏見——半控橋電路能產(chǎn)生偶次諧波，功率稍大者不宜使用(化工電氣設(shè)計手冊)。
大功率電化學整流上用的不是二極管不控橋就是晶閘管全控橋，況且技術(shù)改造上常用晶閘管全控橋代替飽和電抗器加二極管不控橋，而介于二者之間的半控橋電路幾乎沒有應(yīng)用。電化學整流因為無需逆變，對電化學整流來講半控橋能滿足全控橋電路的全部功能和性能，用半控橋電路關(guān)鍵在于能否去除偶次諧波。
3.5.2工作原理。兩組半控橋電路一組橋正極組是晶閘管，一組橋負極組是晶閘管，整流變壓器供兩組橋的繞組型式相同并相互獨立，當兩組橋控制角相同根據(jù)波形分析可消除偶次諧波，工作效果等同于一組不可控橋電路加一組全控橋電路，直流電壓脈動頻率仍為6f(單純半控橋動頻率為3f)。如要構(gòu)成同相逆并聯(lián)形式則用兩組雙反星同相逆并聯(lián)整流變壓器，傳統(tǒng)技術(shù)下變壓器閥側(cè)同相逆并聯(lián)雙反星用于帶平衡電抗器半波整流，當用于橋式電路時如上述新方案二期工程所要求構(gòu)成兩組同相逆并聯(lián)四星橋式整流，但可將二期工程時才用的元件換成二極管就構(gòu)成無偶次諧波半控橋電路。這就是閥側(cè)雙反星同相逆并聯(lián)變壓器的新應(yīng)用。
同理，變壓器閥側(cè)采用兩組正反△及半控橋也可構(gòu)成無偶次諧波半控橋電路。
3.5.3有益效果①、無偶次諧波半控橋電路在變壓器容量相同單機6P同相逆并聯(lián)情況下變壓器設(shè)計成四組Y或△，比一般設(shè)計成兩組Y或兩組△同相逆并聯(lián)每臂元件要少，元件均流好一倍。
②、兩組消偶半控橋聯(lián)合工作能產(chǎn)生諧波綜合制約作用。
當半控橋控制角15度時(相當于全控橋10度)5、7、11、13次諧波分別減少到0.8、0.61、0.13、0.13倍?？刂平?0度時，(相當于全控橋21度)5、7次諧波分別減少到0.26、0.26倍。同時減少變壓器網(wǎng)側(cè)繞組諧波損耗。
③、半控橋電路二極管導通壓降UT(AV)0.5～0.6V比晶閘管UT(AV)＝0.9～1.0V低0.4V，減少整流器損耗，損耗減少為2.5×0.4×ID÷KI(KI是電流裕度)。
④、半控橋電路簡單經(jīng)濟。
4應(yīng)用范圍4.1新上項目有II或III期工程，采用四星橋接線(全控橋或半控橋)進行I、II期工程切換者。
4.2原二期工程已用雙星橋接線，因整流器沿用老技術(shù)(如元件電流容量小并聯(lián)個數(shù)多)需更新?lián)Q代采用本專利由雙星橋改成四星橋接線者。
4.3新上項目需要半控橋電路應(yīng)用本方法者。
5具體實施例實施例1某氯堿工程一期一條生產(chǎn)線Ud250V、Idl5000A，二期增加電壓Ud500V、Id不變，使用本專利方案進行一二期工程切換，同時利用半控橋諧波綜合制約作用提高整流器接入電網(wǎng)容量，隨著規(guī)模發(fā)展再上一條生產(chǎn)線，采用半控橋電路，變壓器與一期進行Y△移相(可在網(wǎng)側(cè)或閥側(cè)進行)構(gòu)成12P整流消除了5、7次諧波，在正常運行控制角10°～20°區(qū)間，綜合制約11、13次諧波效果好，當控制角15°(相當于全控橋10°)時11、13次諧波減少到0.13倍，兩臺變壓器整流機組獲得了近似24P整流的效果。
實施例2某鋁工程一期電壓200V左右，系列電流60KA，二期電壓400V左右，系列電流不變，因系列電流較大采用兩臺變壓器網(wǎng)側(cè)Y△移相，閥側(cè)采用本專利方案進行一二期工程切換，二期可采用四星半控橋整流。
實施例3原整流是傳統(tǒng)方式一期四星半控橋切換為二期雙星橋整流，整流器因歷史原因元件電流容量小等因素需要技改，采用本專利中的四星半控橋電路，恢復整流變雙星出線為四星出線。
實施例4由實施例1兩臺變壓器整流機組獲得了接近24P整流的效果，傳統(tǒng)技術(shù)下需四臺變壓器才能獲得24P整流，容量相同下，前者變壓器臺數(shù)少，變壓器損耗小15％(損耗比1/1.18)，兩臺變壓器Y△自然移相，無四臺變壓器24P整流移相繞組容量及損耗，運行費用低，但要求控制角15°左右不變，為此將半控橋的二極管換成晶閘管，代替二極管的晶閘管控制角與原晶閘管控制角始終錯開相差15°左右，實行控制角分裂運行控制。參與移相的兩臺變壓器網(wǎng)閥側(cè)移相組合有以下四種 Y/2×△Y/×△， △/2×△△/2×△如某鋁廠一臺單機24P整流，變壓器26896KVA，該變壓器內(nèi)裝四臺6717KVA整流變壓器，每臺損耗65KW，兩臺原邊Y接，兩臺原邊△接，分別移相±7.5°，閥側(cè)均為△同相逆并聯(lián)，形成等效24P。采用實施例4該變壓器內(nèi)只需內(nèi)裝二臺13434KVA整流變壓器，在電網(wǎng)諧波允許情況下使用兩臺變壓器獲得接近24P整流(即使有剩余諧波，而含量僅0.13倍11、13次諧波可用濾波器濾除)能減少變壓器損耗達40kw。
權(quán)利要求
1.一種大功率整流分期投產(chǎn)和改造的技術(shù)方案，由閥側(cè)雙反星帶中心點整流變和橋式整流器組成，其特征是一期工程為傳統(tǒng)雙反星帶平衡電抗器半波整流，需取下橋式整流器相應(yīng)快熔至整流元件之間的連接銅排，二期工程裝上一期工程時取下的連接銅排，拆除中心點銅排。
2.一種半控橋整流電路由兩組半控橋組成，其特征是供電給兩組半控橋的變壓器閥側(cè)Y或△繞組型式相同且相互獨立，兩組半控橋一組橋共陰元件是二極管，共陽元件是晶閘管，另一組橋共陰元件是晶閘管，共陽元件是二極管，變壓器閥側(cè)四繞組則兩組半控橋有其同相逆并聯(lián)電路型式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半控橋電路，其特征是兩組半控橋聯(lián)合工作能消除偶次諧波，能產(chǎn)生奇次諧波綜合制約作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半控橋電路，其特征是變壓器容量相同時采用同相逆并聯(lián)電路型式變壓器閥側(cè)四分裂比一般設(shè)計成兩組Y或兩組△同相逆并聯(lián)每臂元件要少，元件均流好一倍。
5根據(jù)權(quán)利要求2所述的半控橋電路，其特征是該半控橋中的二極管替換成晶閘管，代替二極管的晶閘管控制角與原晶閘管控制角始終錯開相差15°運行，兩臺變壓器獲得接近24P整流效果，比傳統(tǒng)設(shè)計減少變壓器損耗。
全文摘要
本發(fā)明涉及大功率整流技術(shù)領(lǐng)域。一種大功率整流I、II期工程分期投產(chǎn)改造的技術(shù)方案，及半控橋電路在此方案中的應(yīng)用。本方案與傳統(tǒng)整流變壓器閥側(cè)一期四星半波整流在二期工程時變成雙星橋式整流方案相比在于本發(fā)明采用橋式整流柜，一期仍是四星半波整流，在二期工程時變成四星橋式整流。優(yōu)點是均流性能好，總體投資少，損耗少，I、II期工程切換改造方便。二期工程時用半控橋代替全控橋可構(gòu)成無偶次諧波半控橋電路。兩組消偶半控橋聯(lián)合工作能產(chǎn)生諧波綜合制約作用，由此引申出兩臺變壓器獲得接近24P整流效果實施例。適用于I、II期工程切換及工程設(shè)計技術(shù)改造。
文檔編號H02M7/145GK1848648SQ20051006538
公開日2006年10月18日 申請日期2005年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月16日
發(fā)明者盧建軍 申請人:盧建軍