电解铝厂整流电源需要较大无功率和产生大量的高次谐波,随着整流电源容量的增大,特征谐波和非特征谐波含量也都在增加,几乎都严重超标。这些超标的谐波和较大的无功需求,如果不治理或治理的不到位,将影响供电的电能质量和安全运行,同时也影响铝厂的经济效益和用电系统的安全运行。
1 电解铝厂的供电系统
电解系列一旦非计划停电,将造成重大经济损失。因此电解铝厂为一级用电负荷。对于一级负荷要求有两个独立电源供电。目前,电解铝厂直供电压可以作到220kV、110kV。如果电网这个电压等级容量满足铝厂需求,就可以采用二回来自不同电源的线路,直接送到铝厂整流所的双母线上,再向整流机组送电;如果电网这个电压等级的容量不满足铝厂的容量需求,则需要电网上一级电压等级的二回来自不同电源的线路。如330kV、550kV等经电解铝厂整流所的降压变压器降压至220kV或110kV,再向整流机组送电。2 电解铝厂的整流电源
冶炼铝用的电解槽是几百个串联在直流回路中,单槽电压4V多一点,系列电压1300V以上。系列电流可达400kA以上,目前单台整流器大多作到10kA左右。采用多台整流器并联来满足系列电流的要求。常采用N+1的原则。即用N台整流器并联满足电解系列额定电流的要求,加一个备用。正常时,N+1组同时运行。某台故障退出运行后,N台仍能满足电解系列的要求。
电解整流器,大都采用2个6脉波,即二个相差30°的三相桥整流电路。形成单台整流机组为12脉波的整流器。如N+1台整流机组数为6台。则移相后为等效72相。电解槽一次焙烧启动2~4台,焙烧5~7天,然后再焙烧启动2~4台,一个电解系列,启动时间长达半年之久。电解槽启动初期,电压很低,直流侧只有20V左右,需要提供大量的无功功率。这时,需要兼有无功补偿功能的滤波装置,部分通道或全部通道投入运行,用来保护母线电压保持在适当水平。电解系列启动初期,事故较多,经济停电,排除事故再投,这就要求,滤波装置在整流机组分断后,也立即切除,以免造成无功反倾,电压过高,造成更大的事故。
电解系列完全启动后,系列电压波动很小,从几十伏到一百伏左右,电压波动超过100V以上的机率很小,通常采取保证电流不变而调整电压的稳流办法。滤波器设计和元件参数计算应能满足这种需求。3 电解铝厂的谐波3.1 电解铝厂的谐波特点前面已经提到,电解铝厂整流器,都是采用两个6脉波,即两个相差30°的三相桥整流电路,形成单台整流机组为12脉波的整流器,几个12脉波整流器并联组成整流系列。如:24、36、48、60、72相整流系列。其特征谐波次数为:n=pn±1,n=1,2,3……。而6脉波的特征谐波为:5,7,11,13,17,19……。12脉波的特征谐波为:11,13,23,25,35,37……。三相6脉波整流器谐波电流的典型频谱如表1。表1 6脉波整流器谐波电流频谱h15711131719THDLh%10020.014.39.17.75.95.328.45% 表2 12脉波整流器谐波电流频谱h15711131719Lh%1001.81.66.65.40.330.3h232529313537THDLh%1.51.30.250.20.80.49.14% 从表1,2中看出,以6脉波组成的铝厂整流器,其谐波含量符合ln≈1/h,由于换相的平波作用,实际值会比上述值小。由于供电系统参数的不对称,或整流机组各元件参数的不对称性,实际谐波含量与上述值将有所不同。因此,铝厂整流机组的谐波含量,最好经过实际测试。如果没有实测条件,也应在设计上留有可能出现的偏差。