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      電解鋁整流系統(tǒng)的諧波電流與無功功率

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      電解鋁整流系統(tǒng)的諧波電流與無功功率

      電解鋁整流系統(tǒng)的諧波電流與無功功率

      摘要 主要講述的是電解鋁整流系統(tǒng)對供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量的影響,探討了如何選取整流系統(tǒng)諧波電流和無功補償裝置容量之間的聯(lián)系,其所得到的結(jié)果對濾波器的設(shè)計和電力系統(tǒng)的安全運行提供了參考依據(jù)。電解鋁所用的直流電源是利用大功率元件的整流系統(tǒng)取得的,同時電網(wǎng)受到了整流系統(tǒng)所產(chǎn)生出來的大量高次諧波的污染,在特定的情況下甚至?xí)斐煞翘卣髦C波。如果不抑制超標(biāo)的諧波和優(yōu)化較大的無功功率,將影響供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量和電解鋁整流系統(tǒng)的安全運行。

      關(guān)鍵詞 整流;諧波電流;無功補償

      在大功率元件的整流系統(tǒng)中,通常采用電容進行對其無功的補償。可是整流裝置會有大量的諧波電流產(chǎn)生,因而在配置無功補償裝置時所用的參數(shù)不科學(xué),就會出現(xiàn)供電系統(tǒng)諧振或者諧波電流放大的現(xiàn)象。實踐經(jīng)驗證明,本現(xiàn)象直接受到裝置的設(shè)計參數(shù)和供電系統(tǒng)在運行方式的影響。所以,設(shè)計人員和運行人員最關(guān)注的問題就是諧波電流的科學(xué)控制和最優(yōu)的無功補償。

      1 電解鋁整流系統(tǒng)的特征

      電解鋁是以氧化鋁為原料,在冰晶石熔體中進行熔鹽電解的化學(xué)過程,其反應(yīng)過程在電解槽中進行,通過電解提取金屬鋁的煉制過程[1]。其特征如下:

      1)耗電量比較大

      電解鋁工業(yè)生產(chǎn)消耗大量電能,素有“電老虎”之稱,原鋁直流電耗最低可達12 900kW·h/t·Al,它跟原料及其生產(chǎn)方法有很大的關(guān)系。

      2)比較低的功率因數(shù)

      電解鋁所使用的供電系統(tǒng)主要有調(diào)壓變壓器、整流變壓器和大功率元件整流系統(tǒng),致使無功的消耗非常大,而功率因數(shù)卻很低。

      3)供電可靠性的要求高

      由于電解鋁是一個連續(xù)生產(chǎn)的過程,因而要有比較高的供電可靠性,一旦有短時的停電現(xiàn)象發(fā)生,在供電正常以后在很長時間內(nèi)電解鋁設(shè)備不能進行生產(chǎn),只能耗電;可如果超過了一個小時,則不能再進行生產(chǎn),嚴(yán)重的還可能使電解槽內(nèi)襯遭到破壞。通常來說,電解鋁每天所用電負荷率約96%左右,這就對供電有了更高的要求。

      4)諧波帶來的污染比較厲害


      3 電力電容器的作用

      大功率元件的整流系統(tǒng)會造成電網(wǎng)的電流和電壓的波形同時出現(xiàn)畸變,所以諧波的治理和功率因數(shù)的提高這兩個問題是電網(wǎng)必須解決的問題。

      我國當(dāng)前主要采用的是就地治理的方法,主要是把電容器和電抗器所組成的調(diào)諧或高通濾波器組濾除系統(tǒng)中所含較大量的諧波,來減輕諧波所帶來的危害

      [3]。在綜合運用設(shè)備時,可以考慮通過濾波器的電容器組補償無功,使功率因數(shù)得以提高,把電力設(shè)備的容量發(fā)揮至極點,使各種輸電的消耗減少到最小。

      4 諧波治理和無功補償之間的聯(lián)系

      在大功率元件的整流系統(tǒng)中,如果同一諧波源中某次的諧波電流產(chǎn)生感性無功,另外一次產(chǎn)生容性無功,會造成不同的諧波電流產(chǎn)生的無功互相補償。針對大功率電器的諧波源用戶,按照公式⑨算出的功率P值或許會比基波功率要小,也就是它所吸收的部分基波功率轉(zhuǎn)成諧波功率后再返還到電網(wǎng),給其他的用戶帶來損害。有一部分的諧波會因為參數(shù),非但不能減輕,反之被放大,而出現(xiàn)共振的現(xiàn)象。因此,在選擇濾波器組時,除了要考慮提高電蜂側(cè)的功率因數(shù),同時還要避免諧振的出現(xiàn)[4]。

      為了滿足系統(tǒng)無功補償?shù)囊,可以采用的方法有?)當(dāng)濾波裝置的無功容量比需補償?shù)娜萘啃r,可以附加一般的并聯(lián)電容器組到不足的部分;2)當(dāng)不存在諧振條件即電網(wǎng)的電抗值和并聯(lián)電容器的電容值所構(gòu)成的諧振頻率比較高而負載產(chǎn)生的諧波電流和母線的諧波電壓又很低時,此時,不需要考慮降低諧波值,但是標(biāo)準(zhǔn)并未給出劃分界線的具體數(shù)據(jù)。濾波裝置的容量要加大,使補償要求得到滿足。

      5 結(jié)論

      電解鋁整流系統(tǒng)是最大的諧波源,它造成了電網(wǎng)系統(tǒng)電流和電壓的波形畸變,系統(tǒng)功率因數(shù)也直接受到電流和電壓間的相移和電流電壓波形的畸變共同的影響。如果對功率因數(shù)過高地追求,則會使濾波器的濾波效果受到影響,嚴(yán)重的會造成諧波的諧振和放大[5]。

      在設(shè)計此類裝置和系統(tǒng)時,除了保障系統(tǒng)足夠的功率因數(shù)和裝置的濾波效果外,還要把電網(wǎng)的發(fā)展?fàn)顩r和電網(wǎng)的參數(shù)考慮進去,以免諧振的產(chǎn)生;作為運行人員,更要把不同運行方式的測試做好,從而能夠使設(shè)備經(jīng)濟、安全地得以運行。

      參考文獻

      [1]郭宏芳,張傳斌,梁永平.電解鋁整流供電系統(tǒng)中的無功補償及高次諧波的抑制[J].材料與冶金學(xué)報,2010,09(z1):123-125.

      [2]平祝華.電解鋁整流系統(tǒng)中的諧波研究[J].甘肅科技縱橫,2009,38(4):


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