电解整流装置

电解铝用超大功率整流器的设计西安电力整流器厂黄大华张伟郝建罗宏（西安710077）摘要：主要介绍电解铝用220kA、1220V、ZHS型超大功率整流器的技术参数和结构设计，以求达到高效率、低损耗、小体积、高可靠性等要求。

关键词：超大功率整流器铝电解自动稳流技术高效率Design of Superhigh Power Rectifier for Use in ElectrochemistryAbstract: This paper mostly introduces techno－ parameter and structure design of superhigh power rectifier of ZHS type 220kA/1220V for electrochemistry in order to obtain high efficiency and low waste and small volume and high reliability.Keywords:Superhigh power rectifier Electrolysis aluminium Automatic stabilized current technique High efficiency[编者按]电解铝用超大功率整流器，由于其高电压、强电流以及电解铝的工艺要求，如何使其达到高可靠性、高稳定度、高效率一直是用户十分关注的问题。

这篇文章的理论性及实用性均较好，特此推荐，值得从事超大功率电化学整流器的设计者和使用者一读。

电解铝用超大功率整流器的设计青铜峡铝厂三期工程是我国目前规模最大的电解铝在建项目。

建成后，单系列年产铝将达到14万吨，也是当前世界上最大的电解铝工程之一。

其整流电源全部采用国产设备。

国内现已建成投运的最大电解铝生产线单系列年产是10万吨的规模，除最近投运的云南铝厂采用国产设备外，其余8～10万吨级电解铝工程均采用国外引进设备。

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。

M etallurgical smelting冶金冶炼电解铝整流系统故障与保护策略朱盛和摘要：电解铝整流系统是铝生产过程中至关重要的组成部分，其运行状态对整个生产过程的质量具有重大影响。

目前我国的电解铝主要采用铝母线电解法或者铝带极槽电解法。

本文通过对电解铝整流系统故障分析与产生原因进行研究，提出了相应的故障解决方案。

关键词：电解铝；整流系统故障；保护策略随着我国铝电解产业技术的发展，目前国内铝企业已基本实现大型预焙化，并且槽型越来越大，用电负荷呈几何级增长，给电解铝供电系统安全运行带来了巨大压力。

特别是近两年来，全国范围内出现了十多起高电压、大电流整流器爆炸事故，造成了严重的经济损失。

对于多台大电流整流器并行运行的供电安全事故的预防和保护措施，各铝厂越来越重视。

1 整流系统工作原理整流系统的工作原理是将交流电转换为直流电，为需要电能的负载提供电力。

整流系统是一种功率装置，可以将交流电转换为频率较高的直流电，并通过改变整流器的电抗值来改变电路运行频率和稳定电流，实现负载的无功补偿。

主要由主变压器、励磁绕组和电抗器等组成。

整流设备是整流电路的核心部分，其主要功能是将高压直流电流转换为低压直流电流。

整流设备一般由主控室控制，包括电控柜、主控台和开关柜等。

电解铝生产过程中需要经过多道工序才能最终形成铝产品。

随着电解铝厂规模的不断扩大和对产品质量要求的提高，电解过程所需电流越来越大。

为确保生产效率，必须在整流柜上增加整流设备或在整流柜和主控室之间增设隔离变压器。

这样做是为了防止高压绕组或变压器受损，造成安全隐患。

然而，如果电解过程中发生故障，整流柜将无法正常工作，导致生产中断。

因此，整流系统的重要性不言而喻。

根据整流原理的不同，整流器可分为多种类型，包括单相、三相、四象限和多象限整流器。

其中，单相整流器由高压绕组、励磁绕组和主控室控制电路组成；三相整流器由整流室、逆变单元和变压箱组成；四象限整流器则由变压器柜和逆变单元组成。

整流变压器及电解Happy First, written on the morning of August 16, 2022整流变压器及电解编写目的：全凭个人喜好;内容是根据多篇文档总结攥写;有些问题没有找到标准答案;有些问题没有深究;只做一个大概的了解..一、电解行业整流变压器广泛应用于电解行业、电气传动、电气铁道等直流负载电源供电..由于各种用途的整流负载;因其工作特性的需要;常常要求电压在一定的范围内变动;并要求在不切断负载下进行调压..为了满足这一要求;整流设备必须采用一定的调压方式..调压方式从原理上分为两种：变磁通调压和相位控制调压;即变压器一次侧抽头调压和晶闸管整流元件和饱和电抗器调压..一般电解行业对于这两种调压方式都会有应用..电解行业一般要求恒电流;但是电解启动时需要的电解特别小;随着电解槽中随着导电离子的增多阀侧电压会升高;电解槽中电流会增大最小二次法求解得到;只需要知道结论;此时双重调压作用凸显;不但调压范围广、极差较小;而且相对节能..图1 电解工况要求的电压调整从图中也可以看出;随着电解槽数的增大;电解电流增大;电压下降;所以需要增大阀侧的直流电压;即ΔU..正常生产时为了保证恒电流工艺过程的实现;并满足生产过程中正常送电操作及部分电解槽因故障或按计划退出工作;整流变压器都必须按照各种电解槽的外特性进行电压调整;以保持生产正常进行..电解行业要求较大的电流;电压相对较低;一般采取双反星整流变压器;并且是12脉冲的双反星整流变压器..12脉冲的整流变压器接线方式有如下两种..图2 双反星DY接线此方式在阀侧的DY端分别连接一个双反星;构成12脉冲的整流变;金川集团整流变压器大多数采用这种结构..图3 相位调整双反星相对节约成本;缺点暂不明确;利用相位调控做出12脉双反星整流变..一般的整流变压器铭牌的主要参数如下1.产品型号2.三相、频率3.网侧电压4.阀侧电压5.直流输出空载电压6.直流输出额定电流7.N级别有载调压;调压范围8.电路图9.短路阻抗10.阀侧和网侧额定容量经验概括：左侧为12脉冲双反星整流设备;右侧为24脉冲三相桥整流设备..问题：1.图中的补偿线圈作用是什么2.为什么一般阀侧容量要高压网侧。

浅谈影响电解铝供电整流效率的因素发布时间：2023-02-02T08:43:44.294Z 来源：《当代电力文化》2022年18期作者：程立华[导读] 在电解铝的生产过程中，高耗能一直是企业发展的一个瓶颈。

程立华广西华磊新材料有限公司 531400摘要：在电解铝的生产过程中，高耗能一直是企业发展的一个瓶颈。

据统计，在电解铝的生产成本中，电力的成本占比高达四成。

整流效率是电解铝供电系统中的一个重要参数，供电整流效率的高低，影响着电解铝企业的用电量。

找到影响供电整流效率的因素，采取相对应的措施，就可以从提高整流效率的方面，降低企业的能耗，从而降低生产成本，推动电解铝企业的发展。

本文主要从整流效率的特征和现状出发，分析影响电解铝供电整流效率的几个因素，提出一些提高整流效率的方案。

关键词：电解铝；整流效率；影响因素引言：电解铝的整流效率不仅影响着企业的效益，还影响着供电系统的稳定性。

电解铝的供电系统跟别的生产企业的供电系统相比，不仅电压高，容量还很大。

在电解铝的整流系统中，整流变压器阀侧的绕组又具有电压小的特点。

电解铝企业需要从行业的特殊性出发，改进现阶段的整流系统，提高整流效率。

1 提高整流效率的重要性1.1 电解铝供电系统的特点电解铝行业具有特殊性，对供电系统的要求跟别的企业存在着不同，电解铝供电系统具有以下几个特点： 1.1.1电解铝企业用电量大，对供电系统的供电量提出了更高的要求。

1.1.2电解铝用电过程中，功率因数较低，这跟供电系统中的整流元件和电感性质的设备都是大功率的有一定的关系。

而供电系统中有多个变压器，这也是导致功率因数低的重要因素。

1.1.3电解铝对供电系统的要求很高，稳定是一方面，可靠是另一方面。

电解铝生产对连续性有很高的要求，在生产过程中如果因为电力的问题出现中断，重新恢复生产需要的时间较长，对企业的效益影响很大。

1.2 电解铝供电系统的组成电解铝的供电系统包括高压配电室、变压器、整流主电路、整流柜以及滤波器等。

电解铝系统整流柜重点技术要求伴随着电解工艺水平的发展和进步，国内的整流装备制造水平也得到了较大的发展和进步，近10年来，建设投产的电解铝工程，整流机组设备从直流传感器、直流大电流隔离开关到调压整流变压器、整流器均采用的是国内制造商自行研制、开发、制造的设备，为我国电解铝工业的发展和建设做出了巨大的贡献。

整流机组作为电解铝系列供电的核心设备，其重要性可想而知，一旦发生严重故障不仅直接影响电解系列的正常生产，而且产生的直接和间接损失更是无法估计的。

然而，近10几年以来随着单系列电解铝产能越来越大，整流装置的单机容量、直流额定输出电压、电流及供电电源电压、电网容量等都已达到了较高的水平，对整流装置设计、制造、运行和维护的水平等要求很高，可是，一段时间以来，对调压整流变压器的要求只停留在主接线、型式结构、损耗、外形尺寸等，而对整流器的要求只注重对主要元件的参数、整机损耗及整流柜外形尺寸等的要求，对整流机组内部的其它重要细节要求得很少，这样调压整流变压器与整流器的整体配合、结构制造和辅助元器件的选择安全由制造商确定，缺少了一个统一规范的约束，也为后来的长期稳定运行留下了许多问题。

整流机组的控制、保护、结构等存在的问题随着大型电解铝系列的开发和应用，系列直流电压越来越高，电流越来越大，对整流所的装备水平及设计要求也应相应提高，本应该进行深入研究提出相应的对策，对整流所的整体设计加以完善。

然而，由于前几年电解铝厂项目集中大面积快上，没有对整流机组设备及整流所设计作更多细致的工作，只是一味地提高直流电压，加大直流电流。

近两年来通过与国际知名公司的交流接触使我们对国外的一些设计理念和技术要求有了一定的了解，加上近期连续不断地出现整流所事故，通过分析故障的原因和经验教训的总结，我认为一直以来我们所作的整流所设计特别是高电压大系列电解铝整流所设计，无论是整流机组设备本体的装备水平、设计水平和整流机组的系统设计，在控制、保护、结构等诸多方面都存在一定的问题。

龙源期刊网 有色金属电解整流系统中的干扰及其应对措施作者：王强王卓李春棠来源：《中国循环经济·再生有色金属》2012年第10期有色金属铜、镍、铅、锌等及化工电解等,其电解电源一般都采用晶闸管、电力二极管等硅整流装置。

该装置是将“电力电子技术”、“微电子技术”和“现代控制技术”交叉综合工程科学，采用模拟、数字、复合(模拟＋数字)等三种控制方案。

电解硅整流控制系统是在强电、弱电、交流、直流信号、电源、接地、电容性、电感性和电路性传导等强烈的电磁干扰环境中运行工作。

各种干扰导致逻辑电路引起触发计算机“死机”、触发定位漂移等造成整流电流波动很大，甚至无法工作，给广大设计人员带来一定的困扰。

为此，分析电解硅整流电源控制系统的干扰及其应对措施，对提高系统的安全性和可靠性有很大帮助。

若交流地线、直流地线、模拟地、数字地、强、弱电接地混在一起,没有分开接地,产生干扰。

同时，还有静电感应等产生的干扰。

2. 抗感性负载的干扰措施①晶闸管换相或电路中电感线圈两端并联RC、反并联二极管或缓冲电路。

如图3 所示。

②同步变压器与控制回路间也可采用光电耦合隔离和抑制高次谐波干扰。

如图4所示。

光耦A还起到隔离作用。

3.抗传输线间干扰的措施①对于空间干扰，信号用屏蔽的双胶线传送如触发晶闸管门阴极间控制为双胶线。

②对于串模干扰，除了信号屏蔽外还采用RC滤波如T型滤波如图5所示。

其参数计算为通过系统分析电解硅整流控制系统各种干扰源产生的因素，对各种干扰采取不同的抗干扰措施，达到有效提高抗干扰能力，使系统更安全、更可靠的明显效果。

这些应对的干扰措施，都是通过工程实践（如在白银、大冶、铜陵等有色冶炼厂整流系统）应用的结果，如图6所示。

极化整流器操作规程编制：审核：批准:XXXXX公司XXXX年XX月一、概述本规程适用于极化控制系统整流机组。

它是电化学整流装置的配套装置，适用于110KV、35KV电压及以下等级的电化学整流系统，当整流系统主整流器停电时，将极化电源柜及时投入运行继续给电槽供电，对零极距电解槽起保护作用，如在实际使用中有不妥当的地方应及时提出进行修改。

二、使用环境要求(1) 海拔不超过1500m。

(2)环境温度：-10℃~ +40℃。

(3)相对湿度：小于85%。

(4)无剧烈未震动和冲击及垂直倾斜小于5%的户内场所。

(5)无导电尘埃、无腐蚀性气体、无爆炸危险环境。

(6)可靠接地，接地电阻小于1Ω。

(7)没有易爆易燃和腐蚀金属、破坏绝缘的、蒸汽的场所；(8)电网电压变化小于±10%。

三、主要技术参数(1)工作电源：三相交流AC380V，50Hz 。

(2)型号规格：KHA-160A/420V。

(3) 极化电流：DC160A。

(4) 极化电压：DC420V。

(5) 冷却方式：空气自冷。

(6) 自动稳流精度：±0.5% 。

四、原理简述4.1 主电路本柜主电路采用三相桥式晶闸管整流电路。

柜内的整流变压器为Δ/ Y连接，直流输出端串联一组电阻，使晶闸管有一个维持电流能够可靠地导通。

4.2 稳流控制系统机组稳流控制系统，由一组六脉波整流调节触发控制回路构成，整个系统主要由电源单元、同步变换、信号变换、调节触发、脉冲功放等部分组成，由它可以产生晶闸管整流装置所需的6路触发脉冲。

其主要回路功能原理如下：(1)电源单元：提供全部控制回路直流稳压电源。

(2)同步变换单元：同步信号来自柜内的整流变压器一次交流电压，经同步变压器变换后的AC65V电压信号。

(3)电流反馈单元：采用交流反馈信号，来自柜内的整流变压器二次侧CT，经交流反馈板变换成DC0-10V直流电压信号。

(4)调节触发单元：整流调节触发控制回路由一套模拟调节触发板组成。

整流装置同相逆并联技术与非同相逆并联技术的比较摘要：本文结合具体工程实际，就整流装置同相逆并联技术与非同相逆并联技术的结构、技术特点、技术优缺点及适应对象进行了对比阐述，为以后的整流装置技术选型提供参考。

关键词：同相逆并联技术；非同相逆并联技术1绪论近一段时间烧碱需求呈上升趋势，本人参与的某国内烧碱项目采用了离子膜法电解工艺，该工艺较水银法、隔膜法相比消除了水银、石棉公害，降低了环境污染，并且碱液中杂质含量低、能耗低。

在离子膜电解工艺发展的同时，整流系统也得到快速发展，主要的两种整流技术，一种为同相逆并联技术，另一种为非同相逆并联技术。

现就两种整流技术结构、技术特点、技术优缺点及适应对象进行对比，为以后的工程设计提供参考。

2正文2.1同相逆并联的定义与接线如图1所示，同相逆并联是在整流装置中并联使用同相位、反极性的两根导排组成母线，要求变压器阀侧由一个线圈分为两个线圈，而且要反极性使用。

这种结构的主要特点就是利用通过导体产生的磁力线相互抵消，达到减少导排互感，最终减少母线的交流阻抗，达到提高功率因素目的。

2.2非同相逆并联的定义与接线如图2所示，非同相逆并联是区别与前面的双桥接线结构，而是采用传统的三相单桥接线方式的一种技术。

该技术采取合理的交流进线布置，交流阀侧通过轴对称设计，可以有效改善沿长度方向的磁场分布，提高支路元件之间的电流均衡度，降低引线电抗和磁场损耗。

2.3技术探讨在采用哪种技术方案的问题上，应综合考虑，采用同相逆并联技术的确可以解决许多问题，如大电流引起的杂散损耗增大及相应产生的局部过热问题，大电流引起的引线电抗增大等问题，但缺点也很明显，如整流柜体和整流变压器结构复杂、耗材大、制造成本高、体积重量大等问题。

2.3.1 损耗比较由于非同相逆并联的整流变压器绕组少一半，所以附加损耗低；同时整流柜内的交直流导电排的数量和长度都减少，并且采用了大电流低压降元件，整流柜的损耗也相应减小。

铝电解整流供电设备中存在的问题及解决对策作者：朱丽军来源：《科技传播》2013年第12期摘要铝电解工艺随着科学技术的发展而不断进步，在我国，整流装备的水平也在此基础上得到了跨越性的发展，通过笔者分析近10多年已经顺利投产的电解铝工程项目的结果来看，整流机组设备目前采用的多数为国产设备。

因为整流机是供电设备的中枢系统，一旦出现问题影响的就不单单是电解工作的运转，极有可能导致整个供电系统的瘫痪，由此可见其重要程度。

本文从多角度分析国内铝电解整流供电身设备中存在的问题，并提出相应的解决的对策。

关键词铝电解；整流供电设备；存在问题；对策中图分类号TQ151 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）93-0084-00铝电解工业随着国内需求的不断增长，已经逐渐进入到高效率、大电流容量的阶段。

本随着生产设备已经装备技术水平的逐步提高，随之而来的技术问题以及安全隐患等不利因素也在逐步增多。

本文通过分析近几年铝电解整流设备中存在的一些较为典型的事故，究其原因进行分析，并提出相应的解决策略。

1 整流柜中存在的问题及相应解决策略整流供电系统的电压和电流根据应实际需求的现状处于一种不断加大的趋势，随之应相应增加的是整流柜的设计容量与短路容量，这种种变化需要元件的性能更高才能满足设备运行的要求。

在此情况下，如果设备生产厂家还是通过简单的将电流和电压进行累加计算设备的容量，那得出的结果必定与实际需要相差很远。

1.1整流元件由于器件本身的特点，系统的容量及元件的快熔太小，整流元件容易被电压击穿的情况，因此对于元件发生伸缩环爆炸现象是十分常见的，爆炸过程中产生的弧光引发整流柜的短路，继而发生爆炸。

此外，元件的压接工艺也伴随着元件尺寸的增大而要求的越来越严格，元件的局部导电、过热以及边缘被击穿等危险事故很多是因为压接过程的受力不均匀导致的。

1.2整流柜材料首先，目前对整流柜的柜壳绝缘检测方法没有一个统一的行业标准，导致了无法对整流柜的柜壳绝缘进行明确检测。

第三节水电解制氢装置工艺流程1、水电解制氢装置得组成本装置由电解槽、气液处理器、整流装置、控制柜（计算机管理系统）、加水泵、碱箱、水箱等几大部分组成。

２、工艺流程简介２、1 气体系统当电解槽接通直流电源,电解电流上升到一定数值时，电解槽内得水被电解成氢气与氧气。

来自电解槽内各电解小室阴极侧得氢气与碱液，借助循环泵得扬程与气体升力，进入氢分离洗涤器得分离段(制氢量≥80m3/h得先进入碱液换热器，然后进入分离器),在重力得作用下氢气与碱液分离.分离后得气体进入洗涤段，对气体进行冷却、洗涤(制氢量≥175m3/ｈ得无洗涤)与除雾，然后进入贮罐待用（对ＣNDQ型制氢装置，气体再经过干燥处理才进入贮罐）。

氧气分离过程基本相同.氧气放空或进入贮罐待用。

２、2 电解液循环系统电解液循环得目得在于向电极区域补充电解消耗得纯水，带走电解过程中产生得氢气、氧气与热量,增加电极区域电解液得搅拌,减少浓差极化电压，降低碱液中得含气度，降低小室电压，减少能耗等,以使电解槽在稳定条件下工作.碱液循环量得大小影响槽内小室电压与气体纯度。

对于一个特定得电解槽,应有一个合适得循环量。

一般槽内电解液更换次数每小时2~4次。

在常压电解系统中，通常用自然循环，而在压力电解系统中，因电解装置体积小,管道细,气液流通阻力大,加上电流密度较大，要求电解液更换得次数比较多，采用自然循环难于达到，一般采用强制循环。

碱液在氢分离器与氧分离器中，靠重力作用与氢、氧气体分离后,通过氢氧分离器得连通管汇总，再经碱液过滤器除去机械杂质，然后由碱液循环泵把碱液送入电解槽,形成完整得电解液循环系统.2、3 气体排空（氮气置换）系统水电解制氢装置设有充氮口,用于系统得气密检查与开机前得氮气置换.制氢系统开车后,氢气纯度达到要求后才能被送到贮罐（或净化设备)，在未达到要求纯度以前得氢气可通过调节阀后得气体放空阀放空.2、４原料水补充系统电解过程中,装置内得原料水一直不停地在消耗，因此，为保证水电解得连续进行，需定期向制氢装置内补充原料水。