220kV电解铝整流系统设计

昆明理工大学成人高等教育毕业设计（论文）某年产30万吨电解铝220kV整流系统初步设计*名：***学号： *************专业：电气工程及其自动化年级： 2013级学习形式：函授▇夜大□脱产□学习层次：高起本□专升本▇高起专□函授站：昆明站目录摘要 (I)前言 ....................................................................... I I 第一章电气一次主接线设计. (1)1.1 铝电解负荷对供电的技术要求 (1)1.2 主接线方案的初步比较 (2)1.3 一次主接线系统图 (3)1.4 220kV GIS开关站配置 (4)1.5 220kV GIS开关站保护装置 (4)第二章整流机组方案确定 (4)2.1 电解工艺条件 (4)2.2 整流机组应满足生产工艺的技术参数 (5)2.3 整流机组基本介绍 (5)2.4 整流机组相数的选择 (7)2.5整流机组调压方案的选择 (7)2.6 整流机组调压方法的选择 (8)2.7 整流机组的移相 (8)2.8 额定参数计算 (11)2.9 整流机组方案的最终确定 (13)第三章整流器 (13)3.1 整流器的主要结构及技术参数 (13)3.2 整流柜工作原理 (15)3.3 整流柜主电路联结 (18)3.4 整流装置保护 (21)3.5 整流器冷却系统 (23)第四章整流所辅助配置 (24)4.1 整流所交直流自用电 (24)4.2 功率因数补偿及谐波治理 (24)4.3 整流所区域防雷及接地 (24)4.4 变压器事故油池 (24)4.5 照明 (24)结论 (25)总结与体会 (26)谢辞 (27)参考文献 (28)附录 (29)本论文为某年产30万吨电解铝的220kV整流变电站整流系统初步设计。

主要包括以下内容：在对各种电气主接线比较后确定本厂的电气主接线图，再根据电解铝的年产量及直流负荷计算出整流机组变压器组数及各项技术参数，画出主接线图，根据电解铝直流负荷及年产量计算出系列直流电压和系列直流电流。

由几种整流电路相互比较确定整流柜的整流电路及联接方式。

关键词：电解铝整流系统直流电整流机组整流器此电解铝项目供电系统按年产30万吨电解铝用电负荷考虑，全厂最大负荷为550000kW。

整流所选择八台调压-整流变压器及整流器,辅助电力变压器二台。

铝电解所用电源为直流电，本厂直流负荷要求为400kA，为提高铝电解的供电可靠性，要求铝电解220kV整流所必需有两条进线，一条主供，另一条作为热备用。

站内一次采用双母线运行，厂用动力变压器带在Ⅰ组母线，整流机组带在Ⅱ组母线上，220kV进线带于一段母线，通过母联断路器合闸带二段母线。

这样厂用变压器与整流变压器互相独立开，当直流系统故障，需停止整流机组运行时，只需直接断开母联断路器，这样既不影响辅助用电的正常供送，又能更快的切断直流供电，可以缩短停电时间和事故范围。

采用220kV大型自耦调压整流机组, 由大功率硅二极管形成整流功能，已能保证安全、平稳的向电解车间供送直流电。

第一章电气一次主接线设计1.1 铝电解负荷对供电的技术要求①铝电解负荷为一级负荷。

另外,电解车间的多功能天车,抽取铝液的真空泵,全厂性水泵站,整流所的自用电等动力负荷也均为一级负荷。

因此,大型电解铝厂的一级负荷约占全厂总负荷的95%,设计应将电解厂供电将可靠性放在首位。

②正常情况下(包括检修及一般事故）不许停电,极端情况下允许全停电30-45分钟,20%减电4个小时,10%减电12个小时。

全停电时间指电解槽的直流电源中断时间,即包括整流机组为恢复送电所需时间,故电源实际中断时间应更短。

③电解铝厂应有两个(或以上)独立电源供电，任何一个电源出现事故或检修时，其余电源需满足全厂用电要求。

以年产30万吨电解铝厂为例, 直流负荷在400kA 左右, 优先采用220kV受电电压.④大型铝工业基地的电解系列电流向超大方向发展。

我国目前的大型铝厂将逐步淘汰60kA的自焙电解槽,发展为130kA至200kA的预焙电解槽,最大的可达到500kA,而直流电压却不高,只有几百伏到一千多伏不等。

整流电源是大电流、低电压的超高压直降机组。

⑤确定220kV系统主接线采用双母线系统，双回路220kV电源进线。

⑥整流机组的一次电压与外部供电电压及整流所总容量密切相关。

网侧电压U1=220kV（+7.5%,-5%）；当电网电压为220kV-5%时，保证机组直流额定输出电压仍保持1050V，电网电压220kV+7.5%时不过激磁，且能长期运行。

为了节省投资, 减少电能损耗, 应避免在铝厂内对整流负荷进行二次降压, 所以直接采用电网电压作为整流机组的一次电压。

以年产30万吨电解铝厂为例, 直流负荷在410kA 左右, 优先采用220kV受电电压及220kV直降式整流变压器，多数情况下, 电解厂离电源较近, 采用220kV 受电电压, 技术上均能满足电解厂正常供电要求。

除电力系统根据技术经济综合比较, 必须以220kV或更高电压向电解厂供电的特定情况外, 一般优先采用220kV受电电压。

220kV 自耦式整流机组与厂内二次降压的普通整流机组相比较, 不仅技术先进, 且经济合理, 现在国内采用220kV 自耦式大容量整流机组的技术条件已经成熟, 它具有整流效率高、电能损失小、投资省、占地少的优点。

1.2 主接线方案的初步比较4、单母线分段①用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段进行供电，即两个电源供电②任意母线故障，分段断路器自动切除故障回路，保证正常段母线不间断供电，不致重要用户停电。

①当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期内停电。

②当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。

③扩建时需向两个方向均衡扩建。

110～220KV出线回路数为3～4回的中小型容量变电站。

该接线方式不能满足供电可靠性要求，适用于本站。

《电气》P13该变电所主接线方案确定：220kV采用双进线双母线接线方式，当整流变压器发生故障需要及时退出所有机组运行时，只需断开母联断路器。

或者运行需要逐台轮流维护检修时，只需要断开本回路的断路器。

轮流检修母线时，只需将站内设备全部倒至另一段母线，不会停止对用户的供电，工作母线发生故障时，能利用备用母线使无故障电路迅速恢复正常工作，并且供电可靠，调度灵活，便于扩建。

运行方式为：220kV1#进线（2#进线）主供于Ⅰ组母线，经母联断路器合闸带于Ⅱ组母线，1#~8#整流机组带于Ⅱ组母线，1#、2#动力变压器带于Ⅰ组母线，2#进线（1#进线）热备用于Ⅰ组母线。

1.3 一次主接线系统图1.4 220kV GIS 开关站配置220kV GIS 开关站的接线方式为带母联的双母线接线方式，电源进线2回，馈出线共10回，其中：8回馈线向8台整流机组供电，2回馈线向2台总配10kV 动力变供电。

1.5 220kV GIS 开关站保护装置① 进线保护：两回进线设置两套不同原理的线路微机型光纤电流差动保护作主保护；阶段式相间距和接地距离保护、零序相电流保护、断路器失灵保护、过电流保护、线路充电保护（充电后退出）、断路器本体三相不一致保护作后备保护。

② 双母线保护：设两套不同原理的母线差动保护，两套母线保护分别启动断路器的两组跳闸线圈。

③ 母联保护：母联设置低电压保护、电流速断保护、过流保护，母线充电保护（充电后退出）、零序电流保护及断路器失灵保护。

④ 调压变压器设置断路器失灵保护、电流速断保护、带时限过流保护、零序电流保护。

整流变压器设两套电流速断保护、带时限过电流保护（合用后解除时限）。

调变第三线圈设置电流速断保护、过电流保护、谐波保护。

本体非电量保护为瓦斯保护（有载、本体），压力释放保护和温度保护等。

⑤ 滤波补偿装置保护：滤波补偿装置设置低电压保护、电流速断保护、过电流保护、谐波保护和中性点不平衡电流保护。

⑥ 动力变保护：每台动力变设两套不同原理的变压器纵差保护作为主保护；高压侧零序电流保护、电流保护、负荷保护、电量保护、间隙零序保护作为后备保护。

⑦ 整流柜、纯水冷却系统、直流开关设相应保护。

如水压低保护、水温高保护、纯水流量低保护、风机过载保护、水泵过载保护，整流器换相过电压保护等。

第二章 整流机组方案确定2.1 电解工艺条件通过调压变压器及整流变压器利用二极管的单向导通性能将交流电变为直流电以供电解铝直流电的需要。

由电厂来的220kV 电压经整流所动力变压器，变为铝厂所需的10kV 电压作为电解、空压、铸造、阳极组装及站内用电等车间的辅助用电；2323)l(43l 2CO A C O A ++液直流电（固）2.2 整流机组应满足生产工艺的技术参数2.2.1有载调压整流变压器型号ZHSFPTB-8800/220冷却方式OFAF（强迫油循环风冷）额度功率50HZ一次额定电压220kV额定直流电压1400V额定直流电流2*36100A相数3相移相角度-1.875°总脉波数8*12=962.2.2调压变压器额定容量88000kVA一次额定电压220kV一次额定电流230.9A二次额定电压105.6kV二次额定电流481.1A三次额定容量28000kVA三次额定电压32kV三次额定电流505.2A三次对一次短路阻抗20.56％联结组别YNa0，d112.2.3整流变压器网测额定容量2*44000kVA网测额定电压105.6kV阀侧额定电压1204V阀侧额定电流2*2*10550A网测额定电流2*240.6A2.2.4饱和电抗器控制绕组最大电流30A调压深度90V2.3 整流机组基本介绍①调压变压器采用自耦降调压方式，联结组标号为：YNa0，d11，一次侧中性点为半绝缘，中性点绝缘水平按126kV 级设置，中性点采用避雷器保护接地方式。

调压绕组分接开关设107档，额定电压档为102档，调压范围为1.5％～105％，有载调压开关作连续粗调，饱和电抗器相控调压作细调，与大功率二级管整流器形成自动调压稳流系统。

调变第三线圈滤波补偿绕组，额定电压32kV ，基波补偿容量定为28000kV A 。

② 整流变压器的任务就是与整流元件一起将交流变成直流，整流变压器采用两个独立铁芯，绕组一次侧采用星形和三角形接线或折边星形接线，二次为正反三角形接线。

阀侧采用同相逆并接线，形成单机组12脉波整流。

8套整流机组并联运行构成等效96脉波整流。

③ 调压整流变压器采用充氮灭火装置的消防措施。

④ 节省投资并获得较高的整流效率。

⑤ 对电解铝生产, 必须在整流机组中任一台检修或故障时, 电解系列电流不降低, 一般采用(N+ 1)原则, 即系列电解电流除需要N 台整流机组并列运行供电外, 还需外加一台备用机组。