飽和電抗器穩流系統的應用

介紹了一種與進口整流變壓器配套的國產整流裝置及其控制系統的特點，以及與國內同類裝置的區別及運行狀況。
關鍵詞：進口變壓器；飽和電抗器；穩流控制系統

0 引言
??? 從上世紀80年代中期開始，國內一些鋁廠先后從富士，ABB，siemens，Alsthom等公司引進了電解鋁工業用整流設備，這不僅使我國電解鋁工業得到了迅速發展，而且也促進了我國電化學整流設備技術水平的提高，同時也給國內電解鋁用整流設備制造行業帶來了巨大商機。經過近二十年的運行，目前該類設備大部分處于超齡服役，于是將進口整流設備加以改造的想法便提上了議事日程。鑒于各廠的情況，有些廠家將全套整流設備(包括變壓器、整流裝置)全部更換為國產設備，有些則保留了變壓器而將整流裝置加以改造。對于后者，由于變壓器的出線形式決定了整流裝置的結構，因此，改造后的整流設備也只能采取原來的電路結構。同時由于飽和電抗器繞組結構的差別，使得與之配套的控制系統也不同于國產飽和電抗器的控制方式。

1 電路簡介
??? 以中鋁公司青海分公司九號機組改造為例，由四套整流機組構成4×56 kA、1150 V的電解系列，其整流機組(包括變壓器、整流裝置及其控制系統)為Siemens AG公司生產(見圖1)。由于在引進時預留了一臺變壓器，一直處于閑置狀態，青鋁公司為了整流設備運行的相對可靠性，于2003年決定由我所為該變壓器配置了一套整流裝置。該裝置自投運以來，由于原變壓器為非同相逆并聯結構，致使整流主柜出現不少發熱點。雖幾經整改，但效果仍然不及同相逆并聯結構理想。在對控制系統的改造中，出現了穩流控制輸出接口與Siemens飽和電抗器端口無法匹配的情況。

??? 由圖1可見，整流變壓器為Y／Y△聯接，其中Y／△聯接組對應圖l(b)中所示整流橋。二次測Y和△兩繞組每個整流臂分別設有一套電流互感器作為電流測量保護之用，并未提供更多的互感器輸出接口，因此控制電路無法獲得交流電流取樣(Siemens整流裝置兩組橋的電流取樣，分別由整流機組內各整流橋臂上的電流互感器得到)。Y、△兩組整流橋所對應的飽和電抗器分別由一對輸出端子控制即(2a，2b)及(3a，3b)，見圖1(a)，這與國內飽和電抗器的繞制方式有著明顯的區別。通常國內飽和電抗器控制繞組是按照三套設計：其中一套用干榨制回路．一套用于偏移回路，另外一套作為備用。這三套繞組在結構和匝數上完全相同，可以互換使用；與國外飽和電抗器繞組最大區別是直流阻抗較低(通常小于0．1Ω)。Siemens生產的飽和電抗器繞組的直流阻抗較高，約為1n，差別非常大。由于原變壓器的交流電流互感器的原因，無法獨立取得Y、△兩組整流橋交流輸入電流的大小，只能從整流機組總直流互感器取得輸出直流電流的大小。由上述可知，因無法單獨獲取Y、△兩組整流橋的交、直電流而只能取得兩組整流橋總直流電流，因此要實現對該整流機組的穩流控制，只能將Y組飽和電抗器繞組與△組飽和電抗器繞組串接起來同時進行控制。控制電路如圖2所示。

??? 國內設備的控制方式(見圖3)與進口設備控制方式的區別在于：國內設備采用兩個獨立電路即控制回路和偏移回路。這兩個控制回路分別對應一組整流橋(A橋或B橋)中的兩個飽和電抗器繞組，這兩套繞組可以單獨調整，它們之間沒有直接電連接。電流取樣通常有兩種方式：一種是通過交流電流互感器取樣，整流變換后得到。一種是通過本橋輸出側直流電流互感器取得，二者互為備用。而將要改造的整流機組是采用單一電流取樣(總直流電流)，單一飽和電抗器繞組控制(將Y橋與△橋飽抗繞組串聯起來)。同時為了增加飽和電抗器的調壓深度，需要在飽和電抗器繞組中施加一個反向電流，使得飽和電抗器磁化曲線處于負向低點，擴大調節范圍。因此，在電路設計中須將二極管整流橋與可控整流橋反向并聯起來，實現在同一繞組內正反向電流的同時輸出。為了克服由于反向并聯引起的環流，必須在各自的回路中增加適當的阻抗，盡量減少兩種電流的相互影響。同時由于控制回路的直流阻抗較大，為了獲得足夠的控制電流，控制電源變壓器的電壓等級也明顯不同于國內配套設備。

2 性能特點
??? 由于飽和電抗器控制回路的直流阻抗非常大，在參考了Siemens原設備的相關參數后，將飽和電抗器的正向激磁電流與反向激磁電流的最大輸出值分別控制在9A和6A左右。為了方便調節正、反向激磁電流的大小，在電路上專門設置了兩臺三相調壓器，分別調整正、反向激磁電流，避免了由于回路阻抗的偏差導致正、反向激磁電流的大小難以準確整定的現象。這一優點在實際使用中也得到了充分的體現。在調試過程中根據電解槽效應大小逐次調整正、反向激磁電流的大小，使之達到最佳的運行點。最終將正向激磁電流整定為4～5A(無陽極效應時)，反向激磁電流整定為5A。通過實際試驗，飽和電抗器的調壓深度可以達到60V，基本滿足'廣電解生產的要求。

3 結語
??? 在相關資料不全面，數據不詳細的情況下，進行了系統改造，實現了自動穩流，運行效果良好。但是，該套控制系統仍然存在著一些缺陷：其一，未能實現Y、△兩繞組獨立電流取樣，致使無法對兩組整流橋獨立進行控制，實現電流的均衡調整；其二，由于缺少交流電流取樣，致使無法實現交、直電流反饋互備，給設備運行留下不可靠因素。本次與進口變壓器配套設計的實踐，為今后類似設備的改造取得了寶貴的經驗。