整流装置技术分析

　　摘. . 要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，对目前铝电解广泛使用的同相逆并联结构整流器存在的问题、缺陷进行了分析，特别是对直流电流和电压升高所带来的新问题、新现象进行了研讨和解析，对今后铝电解同相逆并联整流器在柜主体结构、元件与快熔、柜内的绝缘措施、辅助设备、各类过电压保护措施、继电保护及非电量保护措施等方面的设计和制造提出了相关的解决办法。

　　关键词：整流装置；技术；分析

　　引言

　　整流装置属氯碱厂重点生产装置，2020 年停车检修期间将整流二期 6 台主柜全部进行更新，同时对控制系统进行升级，装置型号为KHS-20KA/550V，厂家为湖南科瑞变流电气股份有限公司，因更新后主柜元器件及故障特性与原主柜相比较均有差异，为更好的服务于生产，培养电气技术储备力量，依据公司与项目单位湖南科瑞变流电气股份有限公司签订协议免费对电气人员进行培训，现维修车间申请选派曾令伟、余乐 2 名同志赴整流装置厂家进行全方面学习该装置主柜运行原理及日常维护、故障处理等专业知识。计划 11 月 2日出发，11 月 7日返回，学习时间为 5 天。在学习期间主要针对整流装置工作原理、重点组成部件特性、调试方法、图纸解析及常见故障排除等问题进行交流学习，并取得了很大的收获。现将学习心得体会分享如下 :

　　1 重点组成部件及特性

　　整流装置主要由控制柜和主柜两部分组成，主柜又包括晶闸管、快速熔断器、带快熔检测脉冲变压器、测量仪表、交流侧操作过电压保护组件、换相过电压保护组件、水路工件、导电母排、水冷散热器等。

　　晶闸管：为电力电子器件中的可控器件，是目前工业中实现大容量功率变换和控制的主要电力电子器件。快速熔断器：（简称快熔）是整流器中保护整流元件的专用保护电器，它在整流器桥臂中与整流元件串联连接，当整流元件损坏产生短路电流时快速熔断，切断短路电流，隔离故障支路，保护其他桥臂中完好的元件安全，保证整流器连续可靠的运行在切断短路电流过程中，它具有快速限流的作用，并且不会发生具有危险性的过电压。脉冲隔离变压器：主要将整流变压器侧的高电压与控制柜侧的低电压之间隔离，隔离电压达到 5kV 以上。

　　光脉冲转换输出放大，光脉冲两路输入一路电脉冲隔离输出。脉冲变压器：起阻抗匹配作用，降低脉冲电压幅值，增大输出电流，更好地触发晶闸管。可改变脉冲正负极性或同时输出两组独立脉冲，将低电压的触发电路与高电压的主电路在电气上形成隔离，有利于防干扰，脉冲变压器传递的波形是前沿陡峭顶部平坦的单方向脉冲波形。此器件外带两路快熔检测电路（快熔检测为模拟量保护时采用此电路，开关量保护不采用此电路），可以检测两个快熔工作状态，当一个快熔损坏时，检测电路输出直流电压为 1V，判断为一只快熔坏，当同桥臂两个快熔损坏时，检测电路输出直流电压为 2V，判断为两只快熔坏，无快熔损坏时，输出电压为 0V。测量仪表：电接点温度计、电接点压力表用作报警和跳闸，水温变送器、水压变送器采集信号送至 PLC，用作数据显示，一般系统不带 PLC 不配水温变送器和水压变送器。进水管上装水压仪表，出水管上装水温仪表。交流侧操作过电压保护组件：主要由电容和压敏电阻组成，以下三种情况，在整流变压器阀侧会产生操作过电压：当整流机组空载时，断开高压断路器时，由于激磁磁通在铁芯内储存的能量不能突变，只能向绕组的分布电容充电，引起幅值极高的震荡，若不加保护，震荡电压的峰值可达到工作电压峰值的8—10倍，当带有负载时，电磁能量可以向负载释放，一般不致产生过电压；当整流变压器变化大，且网侧为高压时，则网侧在峰值时刻合闸，由于整流变压器网侧线圈之间有分布电容存在，因静电感应，使阀侧线圈瞬时感应出高电压；当整流机组电源侧高压断路器接通空载整流变压器时，由于系统、线路、整流变压器漏感与变压器分布电容等构成震荡电路，在整流变压器绕组侧产生过电压，这一过电压最大值可能为接通瞬时电源电压瞬时值的两倍，因此最大可能值为电源电压的两倍，即整流变压器阀测可能感应出两倍的峰值过电压。上述的过电压将严重危及整流元件，所以必须采取操作过电压保护措施。

　　2 常见故障处理

　　2.1 压敏电阻击穿

　　用途：压敏电阻是一种氧化锌非线性电阻，是一种新颖的过电压保护器件，在正常交流工作电压下晶体界面呈高电阻状态，有数百微安电流流过电阻体，在过电压情况下（如承受浪涌电压时），晶体界面上的电压梯度很高，电阻率急剧增大（类似稳压二极管的齐纳击穿），并转化为电阻体的发热，即浪涌能力被压敏电阻所吸收，这是压敏电阻抑制过电压的原理。压敏电阻具有非线性系数大、冲击通流容量大、无间隙、时间响应好、体积小、常态功耗低等优点。判断：（1）肉眼观察，发现有物理上的损坏；（2）用万用表电阻 10K 档测压敏电阻两引脚正反绝缘电阻，正常均为无穷大。否则漏电流大，若所测电阻很小，说明压敏电阻已损坏。更换：停车后更换同型号压敏电阻。

　　2.2 吸收电容故障

　　用途：电容器在操作过电压保护回路中一般是吸收静电过电压；在换相保护中主要吸收浪涌过电压。如果吸收保护电容耐压范围不能满足正常要求，并且在运行中出现漏液、鼓肚等现象，则说明保护电容存在严重的安全隐患。在整流装置过电压过程中，吸收电容器起不到保护作用，将引起整流元件损坏，应尽快停车更换。判断：（1）肉眼观察，发现有物理上的损坏；（2）用万用表电容档测电容两引脚之间的容值，容值比标称容值低很多则损坏。更换：停车后更换同型号电容。

　　2.3 快速熔断器故障

　　用途：快速熔断器用来切断内部短路电流或内、外部短路电流，使整流元件得到保护。具有特殊的性能，体积小、功耗小及较大的断路容量，在切断短路电流过程中，熔断速度很快，具有快速限流的作用，并且不会发生具有危险性的过电压，因此在短路电流还未上升到最大值时，线路就被切断，保护了其它支路整流元件的正常工作。所以说快速熔断器主要起短路保护作用，一般来说，快熔坏，硅元件即坏。

　　判断：（1）肉眼观察，发现有物理上的损坏；（2）设备正常运行时，用万用表直流 200mV 档测量两端压降，若有几十毫伏，则快熔正常，若没有压降并且快熔红色顶杆弹出来，则快熔坏。更换：停车后更换同型号快速熔断器。

　　2.4 晶闸管故障

　　用途：大功率整流器主要器件。判断：（1）肉眼观察，发现有物理上的损坏；（2）晶闸管不导通的原因有控制极无触发脉冲、过载击穿断路、过压击穿断路、过热损坏、质量问题等。阳极 A 与阴极 K之间，阳极 A 与门极 G 间的正反向电阻均在数百千欧以上，门极 G与阴极 K 间的电阻通常为几十到几百欧，因晶闸管内部门极、阴极间有旁路电阻，通常正反向阻值相差很小。根据工作原理的特性，测量各极间的电阻值即可判断晶闸管是否损坏。更换：停车后更换同型号晶闸管。

　　2.5 脉冲变压器故障

　　用途：脉冲变压器起阻抗匹配作用，降低脉冲电压幅值，增大输出电流，更好触发晶闸管。判断：（1）肉眼观察，发现有物理上的损坏；（2）输出端接晶闸管（G，K）或10K电阻，输入端接脉冲变压器板（H1，01）（H2，02）示波器检测脉冲波形：更换：停车后更换同型号脉冲变压器 .

　　结语

　　总结：以上仅为个人学习心得体会，仅供交流参考，如有不合理之处，请多多指教。

　　参考文献：

　　［1］沈阳铝镁设计院编．硅整流所电力设计［M］．冶金工业出版社，1982．［2］第七冶金建设公司编．贵铝八万吨电解铝厂工程技术总结［Ｒ］．1983．［3］黄俊、王兆安编．电力电子变流技术［M］．机械工业出版社，1993．