整流设备（共4篇）
整流设备 篇1
在我国，高压变电站处于高速发展的过程中，近年来，随着国内外气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)系统和综合自动化技术的应用，变电站向着占地面积小、灵活性高、易于检修的趋势发展。在电解铝行业，整流变电站综合自动化系统是一个巨大的、严密的整体，能够完成整个铝电解的发电、变电和配电的任务。整流变电站的大电流恒流控制的水平，决定着电解工艺控制的水平，是自动化控制关键的一环，对提高产品质量、降低能耗具有至关重要的意义。因此其设备选用、安装和调试运行的成功不仅关系到电解系列直流电流的平稳度，而且对节约能源、提高电流效率有着不可忽视的作用，洛阳万基合金铝有限公司的220KV整流变电站综合自动化系统成功完成，不但降低了吨铝单耗，为公司节约了能源和成本，还带来了持久明显的经济效益，在铝行业中属国内外领先水平。
1 电气主接线选择和安装
220KV整流变电站综合自动化系统的主接线的好坏直接影响到氧化铝的生产规模和公司的经济效益，因此应选择合理。变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。因为本系统的装备因素：电压为220KV、母线上的电源较多、输送和穿越功率较大、配电装置出线回路数在5回及以上，所以高压配电装置的基本接线选择的是双母线接线。
双母线接线就是将工作线、电源线和出线通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组(一次/二次)母线上，且两组母线都是工作线，每一回路都可通过母线联络断路器并列运行。与单母线相比，它有着供电可靠性大，调度、扩建、检修方便的优点：
1.1 供电可靠
通过两组母线隔离开关得到换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。
1.2 调度灵活
各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。
1.3 扩建方便
向双母线的任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。当有双架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会如单母分段那样导致出线交叉跨越。
1.4 便于试验检修
当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路断开，单独接至一组母线上，简单清晰、操作方便，便于运行人员掌握。
其缺点是每一回路都增加了一组隔离开关，使配电装置的构架及占地面积、投资费用都相应增加;同时由于配电装置的复杂，在改变运行方式倒闸操作时容易发生误操作，不宜实现自动化。
2 主变压器选择和安装
为满足运行的灵敏性和可靠性，在变电所中，一般装设两台主变压器;如有重要负荷的变电所，应选择两台三绕组变压器，选用三绕组变压器占的面积小，运行及维护工作量少，价格低于四台双绕组变压器，因此三绕组变压器的选择大大优于四台双绕组变压器;对于大型专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。在电解铝工程中考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用双母线接线的方式。故选用两台63000KVA主变压器即可满足负荷需求。
因为在具有三种电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三饶组。而有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程上规定对电力系统一般要求10k V及以下变电站采用一级有载调压变压器。所以本站主变压器选用有载三圈变压器，采用Y0连接。
3 高压断路器
高压断路器在高压回路中起着控制和保护的作用，是高压电路中最重要的电器设备。选择断路器时应满足以下基本要求：在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电流，也应该具有足够的热稳定性和动稳定性;在跳闸状态下应具有良好的绝缘性;有足够的断路能力和尽可能短的分段时间;尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求结构简单、体小、重量轻、安装维护方便。本次在选择断路器，考虑了产品的系列化，即尽可能采用同一型号LW14-110，以便减少备用件的种类，方便设备的运行和检修。由于高压开断器没有连续过载的能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求，即取最大持续工作电流，LW14-11断路器，额定开断电流Ie KD=31.5KA;动稳定电流峰值为80KA;热稳定电流3秒时的有效值为31.5KA;额定关合电流峰值为80KA，尽可能满足整流变电站的需要。
4 仪用互感器
互感器(instrumenttransformer)按比例变换电压或电流的设备，分为电压互感器和电流互感器两大类。互感器的功能是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压(100V)或标准小电流(5A或10A，均指额定值)，以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化。互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。
电压互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择，220KV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，一般采用电容式电压互感器，按一次回路电压、二次电压、安装地点二次负荷及准确等级要求进行选择，选用YDR-110型电容式电压互感器。电流互感器的准确等级与电压互感器相同，需先知电流互感器二次回路接入的测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求最高的表记来选择。
5 全封闭组合电器安装及常规试验
电解铝厂整流供电系统通常要求是终端变电站，设备比较单一、简单，但专业性强，可靠程度要求很高。在电解铝生产中，所有整流变电站并联连接至直流大母线，为电解系列提供直流电能。若整流变电站内发生故障，造成正负母线之间弧光短路，则所有运行着的整流机组均会向故障点注入短路电流，而造成整流变电站爆炸。因此，整流变电站中全封闭组合电器的安装和试验必须符合《变电所总布署设计技术规程》、火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》等技术规则。在这次整流变电站全封闭组合电器安装中，有多名专业技术人员参加，分成多组配合对接安装，并在施工区域周围安装五米高防尘网以保证安装工作顺利。安装完毕后，需根据相关规定要求进行套管绝缘试验、CT试验、回路电阻试验、六氟化硫气体密封性试验、等常规试验项目。
6 二次回路接线安装与检验
使用万用表查对整流变电站综合自动化系统的二次回路接线进行检查，然后进行送电。二次回路接线检测的方法主要有：测导通法、测电压降法、测对地电位法。在实际操作过程中，测导通法必须断开回路电源，而后两种方法可带电测量;送电要有专人负责，应提前进行耐压试验，送电程序应为先高压、后低压，先干线、后支线，先隔离开关后负荷开关。停电时与上述顺序相反。
7 接地与防雷保护装置安装
变电所属于集中型设施，直接雷击防护以避雷针为主。在输电线路上形成的雷闪过电压，会沿输电线路运动至变电所的母线上，并对于母线有连接的电气设备构成威胁，限制雷电入侵波过电压的主要措施就是在母线上装设避雷器。变电所内装有主要的电气设备，如变压器等，这些电气设备一旦受损，一方面会生产带来巨大的损失，造成严重的后果;另一方面，这些设备修复困难需花费很长时间和大量金钱，给电力系统本身带来巨大的经济损失。所以为了充分发挥变电所防雷设备的保护作用，变电所应有良好的接地系统，另外还要装设避雷针，一般选择氧化锌避雷器，为了保证一定的使用寿命，长期施加与避雷器上运行电压参数不得超过避雷器的持续运行电压，额定电压Ube参数不小于电力系统出现的最高二频过电压。
8 变电设备运行维护
整流变电站是电力系统中大量使用的重要的电气设备，它的故障将对供电可靠性和系统正常运行带来严重的后果，同时大容量变压器也是非常贵重的设备，因此必须根据变压器的保护的容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。在此整流变电站继电保护结合我国目前继电保护现状突出继电保护的选择性、可靠性、快速性、灵敏性，运用微机继电保护装置及微机监控系统提高变电站综合自动化水平，在高压线路配置应采用能反应相间及接地故障的阶段式距离保护，对于双母线接线，配置一套能快速有选择性切除故障的母线保护。每条线路配置功能齐全，性能良好的的故障录波装置。另外，在工作电压的作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性。接口的绝缘水平应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。
9 小结
洛阳万基合金铝有限公司的220KV整流变电站综合自动化系统目前已完成并投入运行，技术指标合理，各项参数显示正确，操作方便、直观，自动化程度高，维护工作量大幅度减少，设备保护功能齐全，能可靠动作。反映故障及时且准确无误，对电池能自动管理无须专人维护，设备运行稳定可靠，从未发生影响正常供电的现象，经过来自全国各地的整流专家和铝行业专家现场的考察和鉴定，认为整流变电站取得了突破性进展，使整流变电站在安全运行方面有了较大提高，是国内整流变电站和铝行业发展的方向，值得大力推广。
摘要：在电解铝行业, 整流变电站综合自动化系统是一个巨大的、严密的整体, 能够完成整个铝电解的发电、变电和配电的任务, 整流变电站的大电流恒流控制水平, 决定着电解工艺控制的水平, 是自动化控制关键的一环, 对提高产品质量、降低能耗具有至关重要的意义。
关键词：整流,变电站设备,安装,调试
参考文献
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整流设备 篇2
充电设备主电路的作用是将380 V/50 Hz三相交流电转换成用于蓄电池充电的直流电能。由于PWM整流器输入电流非常接近正弦波, 可以和输入电压同相位, 并且可以实现能量的双向流动[1], 因此有较多的学者将PWM整流器引入到充电设备中, 不仅可以改善功率因数, 而且可以实现蓄电池的充电和放电。在PWM整流器控制技术方面, 目前主要有2种控制方式:矢量控制和直接功率控制[2,3,4,5]。20世纪70年代初, 西德 F.Blasschke等发明了感应电机磁场定向的矢量控制系统, 根据磁场等效[6]的基本原理, 三相静止坐标、两相静止坐标和两相旋转坐标系之间可以进行相互转换, 这样就可以把对交流量的控制转变成对直流量的控制, 实现了感应电机磁通与转矩的解耦控制, 简化了控制要求, 使系统得到较好的动静态性能。与感应电机磁场定向的矢量控制相似, 电压定向控制 (voltage oriented control, VOC) [7,8]和虚拟磁链定向控制 (virtual flux oriented control, VFOC) [9,10]也是通过引入坐标变换以实现整流器dq轴电流解耦控制和单位功率因数运行, 本文采用了前者控制策略, 通过原理分析和仿真验证, 该策略是可行的。
1VOC策略
充电设备主电路采用三相电压型PWM整流电路。VOC是目前PWM整流器广泛采用的一种控制策略。图1给出这种基于电压定向原理的矢量图, 图1中:整流器的交流输入侧的电压和电流矢量, 在三相静止坐标系中表示为va, vb, vc, ia, ib, ic, 在两相坐标系下表示为vLα, vLβ、iLα, iLβ, 在两相旋转坐标系中表示为vLd, vLq、iLd, iLq。由磁场等效的基本原理, 就可以把对交流量的va, vb, vc, ia, ib, ic的控制转变为对直流量vLd, vLq, iLd, iLq的控制。
根据Park变换原理, 在静止坐标系上的三相正弦电压va, vb, vc, 在空间上可以等效成为一按正弦角频率ω旋转的空间电压矢量vL, Park矢量变换关系为:
2仿真分析
仿真主电路参数为相电压幅值Vm=250 V, 等值电阻为R=0.1 Ω, 电感为L=10 mH, 直流侧电容为C=1 000 μF, 负载R=50 Ω。直流电压给定:V*dc=550 V。系统采样频率:fN=5 kHz, 开关频率:f=5 kHz。VOC系统在理想正弦电源电压输入时的稳态运行波形仿真波形如图3所示。
控制系统稳态运行时输出直流电压为550 V, 输入电压与输入电流同相位, 功率因数近似为1, 因此这种控制系统整流器的稳态运行性能较理想。
3结语
本文对充电设备PWM整流电路基于电压定向的矢量控制进行了研究, 分析了电压定向原则, 推导了dq轴电流解耦方式, 仿真结果表明采用该方案整流器能快速跟踪给定, 具有直接电流控制的动态响应快、稳态性能好的特点。由于采用了网侧电流闭环控制也使网侧电流控制对系统参数不敏感, 从而增强了电流控制系统的鲁棒性。
参考文献
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整流设备 篇3
1 设计内容
1.1 设计构思
在改进设计时, 首先考滤两台逆变器互为备用, 但两台逆变器不能并联运行, 所以需要添加相应的专用切换装置以使两台逆变器故障时能相互切换。但这样改造的成本较高, 改造时间长, 并且现场PLC的UPS电源线路存在问题时, PLC控制电源可靠性也难以保证;故设计考滤采用现场分块安装使用, 考滤使用接触器或继电器来设计安装实现该功能。
1.2 功能实现
为确保现场PLC电源的可靠性, 将现场交流220V PLC电源由原来的UPS单路改为双路电源供电, 即是在现场的柜内取一路非UPS电源与UPS电源构成双回路电源, 两回控制电源在互为备用, 当一路电源出现问题时, 另一路电源自动投入在另一电源使用。如图1、图2、图3、图4。
1.3 负荷、切换时间要求及材料选型
1.3.1 切换时间要求
设计时, 首先考滤到考滤到使用一般的交流接触器, 因为交流接触器触点通断带负荷能力较强。但因为该电源主要是提供机组PLC电源, 当正常运行的电源出现问题时, 另一路电源需要自动投入, 由于接触器的触点行程较大, 另一路电源投入需要的时间较长, 现场PLC会掉电停止运行, 选用一般的接触器不能满足现场PLC不掉电运行要求。
考滤选用施耐德公司生产RXL4A06B2P76A/250VAC小型继电器, 继电器触点行程小, 吸合时间短。在电源自动切换投入时, 电源切换时间可满足PLC电源要求。为确保该电源电路在切换过程PLC不掉电, 在改造前对将设计好的电路安装完好后用电脑模拟PLC运行进行电源切换试验, 切换过程中PLC和电脑工作正常, 满足PLC对电源电路切换的时间要求。该电路改造后投入运行效果很好。
1.3.2 负荷要求
由于该电源主要是提供现场PLC控制电源, 不带其他负荷, 因此负荷不大, 设计考滤使用小型中间继电器, 现场的PLC工作时功率为不到300W, 需要的工作电流小于2A, 该断电器的单触点负荷能力可达6A, 并且两路电源不需要频繁切换, 小型中间继电器从负荷上可满足PLC运行电源的要求。
为更好的保证中间继电器负荷裕量和线路接通的可靠性, 在材料选型时选用带有两个常开触点和两个常闭触点的小型中间继电器, 充分利用继电器触点, 并联使用。这样尽可能减小继电器触点负荷, 同时能确保两路电源在切换过程中可靠接通, 以保证现场机组PLC可靠运行。
控制电源短路保护按容量2.5倍×2A=5A, 故选用CZ47-60 C6 2P小型断路器, 考滤到现单台机组PLC工作电流小于2A, 直径为1.5mm的铜芯线安全载流量约为15A作电源线足够。
在改进前将设计好的电路安装完好后在试验电路上接入1500W负载, 运行2小时, 继电器和线路无发热现象, 该电路的负荷设计符合要求, 投入运行至今运行正常。
1.3.3 经济效益
该电路改造使用材料少, 每台机组只用到2个中间继电器、2个小型断路器和1.5mm铜芯线约20米, 既可实现整流柜、水冷却器两个部分的双电源自动切换改进。
2 结语
本项技改项目经济、实用、结构简单, 以极少的经济投入解决存在大的隐患问题。由于PLC工作电源对切换时间有着很高要求, 本电源切换电路不能使用一般交流接触器来进行切换, 只能使用触点行程很小的继电器, 以满足PLC电源在切换过程中还会造成PLC工作间断或停止。该电源投入使用后, 运行可靠, 车间整流机组安全运行得到了保证。
摘要：本文主要介绍如何解决铝电解整流系统控制设备及PLC控制电源的单回路不可靠从而导致设备安全运行得不到保障问题, 并针对该问题所作出的技术改进, 确保设备的安全稳定运行。
关键词：整流机组,整流柜,UPS电源,PLC电源
参考文献
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[2]周希章.实用电工手册[M].金盾出版社, 2005, 12.
整流设备 篇4
矿井提升机常被人们称为矿山的咽喉,是矿山的关键设备之一,是地下矿井与外界的重要通道,担负着矿石、物料、人员等的重要运输任务。提升机电控系统是提升机系统的重要组成部分,目前大多采用可控硅整流技术实现电动机调速。12脉动整流技术与传统的6脉动整流技术相比,在相同的输出功率下能够降低系统扰动,对稳定电网、延长电动机寿命有着重要的作用和意义。12脉动串联整流技术在确保提升机的高电压驱动电动机正常工作时,有较高的工作效率,谐波扰动较小,更能实现提升机运行过程中1组整流桥故障后的快速恢复全载半速提升,克服同容量12脉动并联整流装置在全载情况下无法实现故障后的提升问题。本文介绍采用西门子SIMOREG DC-MASTER 6RA70整流装置实现12脉动串联整流技术、进而实现提升机直流调速控制的方法。
1 提升机电控系统基本配置
整个系统有主控S7-400(ZK)PLC、辅控S7-400(FK)PLC、工控PC机3个主站,采用工业以太网构成上层信息管理网络,如图1所示。其中,主控S7-400(ZK)PLC与其下挂的控制柜远程I/O分站、辅助柜远程I/O分站、操作台远程I/O分站、高压柜远程I/O分站和3个SIMOREG驱动分站之间采用Profibus-DP协议实现数据传输,形成提升机的主控部分,完成提升机的驱动和工艺控制。辅控PLC完成行程包络线的计算和保护任务。
提升机调速系统选用西门子公司的SIMOREG DC-MASTER 6RA70系列全数字直流调速装置,速度和电流闭环由SIMOREG DC-MASTER 6RA70调节控制器实现。主回路采用电枢反向、12脉动串联方式;当1组可控硅出现问题时,12脉动驱动可手动切换为6脉动,实现全载半速运行。为实现12脉动驱动和6脉动切换,电枢主回路配置包括2台整流变压器、2台电枢整流装置、快开、电抗器、2组切换开关和2个平衡电阻等,如图2所示。整流变压器1和整流变压器2分别采用DY11和Dd0的连接方式,整流变压器1向作为主动的整流装置1供电,整流变压器2向作为从动的整流装置2供电,以确保主动整流装置的工作电源超前于从动整流装置 30°电角度。为了在低电枢电流或电枢电流等于零时,确保2个整流装置之间的总电枢电压得到对称分配,同时有利于电流过零换向,在2个6RA70整流装置的直流输出侧分别并联了1个平衡电阻(见图2中R1、R2)。R1、R2的阻值应满足在整流装置以最小电压输出时,流过电阻的电流不小于200 mA,电阻功率应满足稳定性和散热要求。为实现单整流装置的应急提升,主回路设置了QK1和QK2两组切换开关。正常12脉动状态下,QK1和QK2处于断开状态,若整流装置1出现故障,可通过闭合QK1实现整流装置2的单独运行,达到提升机应急状态下全载半速运行的目的。同理,若整流装置2故障,通过闭合QK2实现整流装置1的单独运行。该功能的设置可确保提升机工作过程中遇到中途故障停车时实现快速应急提升功能。
2 12脉动串联整流驱动参数的设置
在设置整流装置和电动机基本参数前,必须对整流装置进行恢复工厂设置操作,确保控制参数处于出厂的默认状态。根据驱动系统主电动机和编码器的各项参数,对主、从整流装置进行参数设置。在提升机处于制动状态下,主、从整流装置分别执行电流优化运行,否则,可能出现2个装置电流显示不一致的现象。
如图3所示,要实现2套6RA70整流装置的串联运行,电枢触发单元P079必须设置为2,该参数设定起到以下作用:一是使触发脉冲的持续时间直到下一个脉冲前大约0.1 ms,以每30°电角度输出1个触发脉冲;二是使电枢电流调节器的预控制从6脉动运行转换到12脉动串联连接运行;三是通过电流优化运行得到的电动机的电枢阻抗P110和感抗P111在系统内部反电动势(EMF)计算时大小自动取一半。
另外,还有几个值得注意的问题:
(1) 电枢电流预控制反电动势的输入值P193应为电动机电枢电压的一半;
(2) 电动机电枢额定电压的参数输入值也应为电枢电压的1/2;
(3) 速度调节器的比例增益P155必须取电流优化值的一半,积分时间常数P156保持不变;
(4) 自然换相时间点的校正值应设为0;
(5) 主、从整流装置之间采用并行接口通信方式,但要注意:主从整流装置之间不可进行转矩或故障互锁,否则,主整流装置报F44故障。
3 结语
基于西门子6RA70整流装置的12脉动串联整流技术已应用于南屯煤矿的提升机直流调速控制系统中,获得了较好的动、稳态驱动性能,系统电流给定、电流反馈、速度给定和速度反馈运行曲线如图4所示。
1-速度给定曲线;2-速度反馈曲线;3-电流给定曲线;4-电流反馈曲线
该系统的成功应用,克服了12脉动并联驱动为满足故障状态下安全提升而增大容量的弊端,实现了提升机不同工况下的安全可靠运行。同时,12脉动整流驱动系统基本消除了6脉动整流产生的5次、7次谐波,使整流电压、电流中的最低谐波频率增大到11次,其幅值变小,降低了对电网的干扰,减少了对通信和控制回路的干扰,以及对PLG等精密电子器件的误动作和损坏。在实际谐波测试中,5次、7次谐波分量仅占8.5 %和6.7%,远远低于国标40%和28%的要求。该系统自投入运行以来,性能稳定,安全可靠,提升效率大大提高,产生了良好的经济效益与社会效益。
摘要：文章介绍了采用西门子SIMOREG DC-MASTER 6RA70整流装置实现12脉动串联整流技术、进而实现提升机直流调速控制的方法,并给出了12脉动串联整流驱动参数的设置。该12脉动串联整流技术已应用于南屯煤矿的提升机直流调速控制系统中。应用结果表明:该技术克服了12脉动并联驱动为满足故障状态下安全提升而增大容量的弊端,实现了提升机不同工况下的安全可靠运行;基本消除了6脉动整流产生的5次、7次谐波,降低了对电网的干扰,减少了对通信和控制回路的干扰,以及对PLG等精密电子器件的误动作和损坏。
关键词：矿井提升机,电控调速,整流技术,串联整流,6RA70
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