實(shí)例分析自飽和電抗器的應(yīng)用(上)

      摘 要：從穩(wěn)流、調(diào)壓及直流繞組的I作原理出發(fā)，論述了自飽和電抗器的基本物理性钷，闡述了本單位自飽和電抗器改造關(guān)鍵參數(shù)的選擇計(jì)算及成功的改造實(shí)踐。

      1、概述
      在電化學(xué)生產(chǎn)工藝過(guò)程中，由于電網(wǎng)電壓的渡動(dòng)，電解槽端電壓的變化或需對(duì)電解槽數(shù)目增減等原因、導(dǎo)致實(shí)際電解電流值偏離理想電流值。因此．必須及時(shí)調(diào)整整流裝置的輸出電壓以達(dá)到穩(wěn)流的目的．現(xiàn)在廣泛采用的方式有幅值調(diào)壓(有載調(diào)壓)及相位調(diào)壓(自飽和電抗器及晶體管調(diào)壓)。

      整流裝置配備的調(diào)壓變壓器，具有調(diào)壓范圍大和二次輸出電流恒定這樣兩個(gè)基本特點(diǎn)，為了滿(mǎn)足一定的調(diào)壓范圍，調(diào)變的基本繞組和調(diào)壓繞組之間，通過(guò)有載開(kāi)關(guān)、無(wú)載開(kāi)關(guān)的不同組合實(shí)現(xiàn)特定的電路接線模式。

      對(duì)自飽和電抗器的調(diào)壓范圍。有如下要求：
      1.1 在有載分接開(kāi)關(guān)的直流級(jí)差電壓范圍內(nèi)起細(xì)調(diào)作用。
      1.2 不小于有載分接開(kāi)關(guān)的兩個(gè)直流級(jí)差電壓 以減少有載開(kāi)關(guān)的動(dòng)作次數(shù)。
      1.3 校正由于電同電壓的短時(shí)波動(dòng)所 『起的直流電流波動(dòng)。
      1.4 校正平衡機(jī)組間或同機(jī)組各整流柜間的負(fù)載分配不勻。
   
      2 改造前現(xiàn)狀簡(jiǎn)介
      我公司鋁冶煉廠整流所為825V、60kA 整直系統(tǒng)、整流變壓器采用ZHSPTKB-53000kVA／1lokV直降、主串變調(diào)壓方式．有載恒磁通調(diào)壓。調(diào)壓范圍為l0 ～105 。有載開(kāi)關(guān)采用德國(guó)MR公司、M Ⅲ500型27級(jí)有載開(kāi)關(guān)，中間增加一個(gè)無(wú)載倒段開(kāi)關(guān)，組合而成可調(diào)54級(jí)。整變低壓出線側(cè)串有自飽和電抗器60V，低壓線圈采用雙Y、雙△ 接線，并增設(shè)了Y、△ 平衡自飽和電抗器40V，為了抑制高次諧波量，單臺(tái)變壓器整流12相，三組調(diào)變一次側(cè)各移相一100，+lO。。三組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)可實(shí)現(xiàn)等效36相，硅整流柜采用ZHS-35000/825V三組六臺(tái)，單臺(tái)設(shè)計(jì)電流17500A。

      該系統(tǒng)自1987年投入運(yùn)行以來(lái)，在主回路硅柜及穩(wěn)流系統(tǒng)中存在很多問(wèn)題，不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。近幾年連續(xù)出現(xiàn)幾次事故，嚴(yán)重影響了電解安全生產(chǎn)。原系統(tǒng)的制造廠家在平衡、穩(wěn)流方案選擇上拘泥于理論上的周全完善，但沒(méi)考慮能否在生產(chǎn)上實(shí)用。穩(wěn)流選用了三個(gè)(PID)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，引入了左右柜電流及其左右柜差值等三個(gè)互相聯(lián)系又互相矛盾的反饋量。此控制方法在飽和電抗器這樣的大慣性調(diào)節(jié)系統(tǒng)中是找不到穩(wěn)定區(qū)域的，總是處于變化狀態(tài)。在手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)壓過(guò)程中，多次出現(xiàn)壓敏電阻、可控硅元件、線路端子擊穿，平渡電抗器在435A電流以上即出現(xiàn)嘯口q、剛烈震動(dòng)等情況 平常操作只能手動(dòng)穩(wěn)流，且線性度太陡．不能達(dá)到平滑調(diào)整電流的目的．控制電流離10~20A 的線性區(qū)相去甚遠(yuǎn)，平波電抗器電感值偏小阪為24×2mH，換相時(shí)感應(yīng)電壓峰值過(guò)高．現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)感應(yīng)電壓峰值要大于5000V。

      為了減少改造投資． 盡量利用原設(shè)備，我們與設(shè)計(jì)院和制造廠家充分協(xié)商，決定對(duì)六臺(tái)ZBK-5052／10×l0+6o自飽和電抗器進(jìn)行改造．主導(dǎo)思想是充分利用原設(shè)備設(shè)計(jì)容量大．調(diào)壓范圍大的特點(diǎn)，減少控制和位移繞組的匝數(shù)，增大控制電流，以達(dá)到平穩(wěn)調(diào)壓的目的。自飽和電抗器穩(wěn)流系統(tǒng)的改造采取如下方案。
   
      2．1 每組整流裝置平衡繞組采用一套手動(dòng)控制裝置。
      2．2 每臺(tái)單柜自飽和電抗器控制繞組及位移繞組均獨(dú)立控制，位移繞組僅設(shè)手動(dòng)控制。控制繞組設(shè)手動(dòng)和自動(dòng)兩部分并可相互切換。

      3 自飽和電抗器的工作原理
      自飽和電抗器是磁化電抗器的一個(gè)分支，是磁放大器的一種類(lèi)型。磁放大器的作用原理是基于直流磁化時(shí)．其鐵心上的導(dǎo)磁率 ( —B／H)要發(fā)生變化，當(dāng)交流繞組(工作繞組)的電阻為R～，電感為I 時(shí)．交流回路的電流I～可用下式表達(dá)。

      從以上兩式可以看出，交流繞組的負(fù)載電流I～ 決定于磁路的導(dǎo)磁系數(shù)，即設(shè)法改變值，就可達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載電流的目的。為了增大自飽和電抗器的電壓調(diào)節(jié)范圍．一般電抗器由三個(gè)繞組組成．即工作繞組，控制繞組和位移繞組見(jiàn)圖l。

      工作繞組是飽和電抗器的主繞組，但如僅有工作繞組而無(wú)控制繞組，則初始磁密B。一0，磁密變化量等于飽和磁密(~B-B )， 因而飽和角為某一定值而不可調(diào)。控制繞組的作用在于．當(dāng)調(diào)節(jié)控制繞組電流時(shí)，能調(diào)節(jié)鐵芯初始磁密B。值，從而使磁通變化量AB—B -B．飽和角和工作繞組電抗均可控。但如控制繞組電流只能作單方向數(shù)值的調(diào)節(jié)，1 =0時(shí)．B。一0．AB=B 一B。一B ．在這種情況下，飽和角(即控制角 )調(diào)節(jié)范圍有限，不能大范圍調(diào)節(jié)。

      為了充分利用鐵芯磁化特性，增大調(diào)壓范圍．使~B-B 一(一B )一2Bb，則必須使H從+H 變到一H ，相應(yīng)地使控制繞組電流從+T 變到一T ．因此通常在自飽和電抗器上增設(shè)位移繞組．在其直流磁勢(shì)作用下，鐵芯予先達(dá)到飽和狀態(tài)，這樣可以在單方同調(diào)節(jié)控制繞組電流值時(shí)．能得到最大控制角。飽和電抗器三種繞組的安匝關(guān)系見(jiàn)圖2。當(dāng)1 一0時(shí)，若位移繞組的安匝使鐵芯已在飽和點(diǎn)(此時(shí)B0=氏)．在工作繞組開(kāi)始導(dǎo)電時(shí)．其安匝極性與位移繞組安匝同方同，則芯完全飽和，于是控制角 0，調(diào)壓深度AUd=0。當(dāng)控制電流從0向一2I 方向增大時(shí)，自飽和抗器初始磁密B0以+B 到一B 之間變動(dòng)，1 1昕以當(dāng)1 W 一-I w 時(shí)，鐵蕊磁通變化的量為告△=B ，調(diào)壓深賽為△ud=寺△u 而當(dāng)控制繞組安匝為一2I w 時(shí)．則調(diào)壓深度為最大AUd=△U 。三相橋式電路自飽的電抗器和接線，如同 r代麗出一組控制繞組)。