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6万吨/年离子膜烧碱整流装置设备参数及选型综述万长春（安徽八一化工股份有限公司 安徽蚌埠 233010）【关键词】离子膜法烧碱整流装置；单机组12脉波；全数字控制；补偿滤波【摘 要】总结了安徽八一化工股份有限公司6万吨/年离子膜烧碱项目整流装置的建设情 况，根据电解设备对整流设备参数的要求，详细的对整流设备的选型和特点做出了阐述八 、■前言安徽八一化工股份有限公司的6 万吨/年离子膜烧碱工程已于2009 年 1 月顺利投产， 选用了蓝星（北京）化工机械有限公司生产的ZMBCH-2.7复极式高电密电解槽结合该公司 现运行的离子膜烧碱装置生产状况，此次整流设计方案采用35kV电网供电，三相全控桥同 相逆并联整流电路，单机组12 脉波， 4套整流机组要构成等效48脉波整流系统在设计选 型中选用了目前国内的先进技术，并且装置全部国产化，为企业节约大量的资金1、电解设备电解设备采用了四台蓝星（北京）化工机械有限公司生产的 ZMBCH-2.7 复极式高电密电 解槽，阳极有效面积2.7m2/单元，每台电解槽由110对单元槽串联组成电解槽设计直流电 流（I ） 14.85KA，直流电压（U ） 400V。

考虑到系统运行的灵活性及安全性，每台电解槽可 dd 单独运行，因此选用了“一拖一”的运行方式，能够避免“一拖二”系统在某一台电解装置 的电气系统发生故障时，因维修困难而影响生产■槽 解 电整流变压器35kV高压开关柜CT 60-105%直流隔离刀闸整流器 大直流传感器% 口~（整流装置主接线图）2、 整流变压器 整流变压器为主调共油箱,由一台自耦调压变压器调压,带二台整流变压器,组成单机组12脉波， 四套整流机组构成等效48脉波整流系统四台整流变压器的接线方式均为网侧延 边三角形移相，阀侧△/▽同相逆并联，网侧移相角为土 3.75°、±26.25°和±18.75°、 ±11.25°，满足直流电流（I ） 14.85KA，直流电压（U ） 400V的额定输出（允许超负荷10% dd长期运行）在整流装置中整流变压器合理的有载调压是电解装置运行是否稳定的一个重要因素，采 用27级有载调压方式，调压范围60〜105%，有载开关选用27级VIII350D，可通过整流装置控 制系统的PLC控制器自动升降调变挡位，将控制角控制在5〜20r之间（可调），并配合晶闸 管的细调，以达到更有效的提高整流变压器的负载能力，降低整流变压器型式容量，提高整 流装置功率因数的目的。

整流变压器的冷却方式采用强油风冷,阻抗电压为8%，变电效率为 98%，网侧电缆进线，阀侧变压器侧铜排出线，采用半钟罩式免吊芯结构整流变压器主接线原理图）3、晶闸管整流器晶闸管整流装置以其稳流精度好、整流效率高、操作简便的优点得到广泛应用整流装 置是整个离子膜烧碱生产工艺中的非常重要的环节，为了保证高效、安全、可靠的供电，必 须采用成熟的、可靠的控制技术，整流装置给电解槽平稳可靠供电是实现安全经济生产的关 键之一该公司现运行的离子膜烧碱装置的整流控制系统采用的是模拟控制技术，而采用模拟控 制技术的晶闸管整流装置，在生产运行中通常存在下述问题：1.控制系统的稳定性较差,经 常造成意外停车；2.功率因数偏低，谐波电流超标；3.控制系统的监测能力较差，无故障自 诊断、及故障记录等功能，用户检修设备难度较大而计算机控制技术的晶闸管整流装置， 以其运行可靠、功率因数高、谐波电流小、具有故障自诊断功能等显著优点，已逐渐取代了 模拟控制技术的整流装置全数字控制系统12脉波整流装置计算机双通道控制柜，由12脉波整流装置计算机双通 道控制系统、西门子S7-200型PLC监控系统及计算机网络通讯接口组成每套12脉波整流 装置计算机双通道控制系统是由1套双通道热备用控制器单元和完全独立的2套数字调节触 发控制器单元、脉冲功放电源等组成，该套装置能实现不停机检修及更换控制单元组件，大 大提高了控制系统的可靠性。

双通道热备用控制器由 HBC-1 型控制板及电源变压器组成双 通道热备用控制器实时监测工作通道和备用通道是否工作正常，如果工作通道发生故障，自 动将备用通道切换为工作通道并指示出故障通道；如果备用通道发生故障，指示出故障通道， 同时在人机界面上不能进行A/B通道切换手动切换工作/备用通道时，能做到电流无波动， 工作通道发生故障自动切换到备用通道时，电流瞬时波动值＜±0.3% Id晶闸管整流装置的网侧额定电压为35KV （±5%），单机组的额定直流电压（U ） 400V，d直流电流（I ） 14.85KA整流电路采用三相全控桥式整流,同相逆并联接线，单机组12脉d波， 4台机组组成48脉波采用12相智能锁相环数字触发器，脉冲对称性免调试，不对称 度＜0.3°,移相范围0〜150°,触发脉冲输出为双窄脉冲同步信号取自整流变压器阀侧 采用数字PID调节器，稳流精度优于土0.3%，整流器均流系数三0.9，冷却方式采用纯水一 水冷却自动调整整流变压器有载调压开关的档位,使控制角运行范围在5°〜20°（可自 行设定），确保整流装置产生最小的谐波电流，平均自然功率因数三0.91具有失同步保护 功能，缺少任意一相同步信号时， 12 路脉冲仍然输出正常，并报告缺相，同时缺三相同步 信号，在1 秒钟内12 路脉冲输出正常。

可在雷电频繁发生、高压电网单相接地的情况下， 仍然正常工作4、 极化电源 极化整流器为电解槽提供极化电流，当电解槽充满电解液时，阴阳极电位不同，在电解液作用下会产生原电池反应，会损坏阴阳极网性能，使槽电压上升，为抵消原电池产生的反 向电流，必须立即投入极化电流，电解槽排液前，需手动切出极化整流装置在电解槽正常开车时，当直流电流达到3.0kA后自动投入极化整流器，当停车和紧急停 车时直流电流降2.7kA后，立刻切出极化整流器为了保证在供电中断时，极化整流器能立 即有备用电源投入，利用了公司另一路的35kV供电电源，形成了可靠的双电源线路以保证不 间断供电本装置的极化电源由整流系统、TFC6A-1型数字触发控制箱、保护系统、操作和指示系 统组成采用了三相全控桥式整流电路，可控硅整流系统包括整流器、整流变压器、平波电 抗器及直流电流检测环节，整流变压器采用厶/Y-11接法，控制单元中的触发器采用智能化 数字锁相环触发器，触发器参数自整定，无须调整，并可自适应交流电源频率、相序的变化5、 电解槽接地及保护 电解槽在运行过程中会因某种原因意外造成接地故障，如槽框漏液、垫片严重泄漏、意外搭铁等通过接地继电器可以及时发现这些故障。

避免事故扩大，对电解槽起到安全保障 作用北化机电解槽配套提供了两个日本东洋计器MPV-11型接地继电器（可更换为性能类 似功能可靠的其他型号仪器）一个负责电解槽的正半区保护，一个负责电解槽的负半区保 护当接地电压达到报警值±10V时，发出报警信号当接地电压达到±30V时，发出整流器 脉冲封锁或高压开关柜跳闸信号，接地继电器报警和跳闸的电压设定，可在装置试车时进行 调整为了保证操作人员安全，防止电解槽基座带电和管线产生静电，电解槽基座和阴、阳极 液进出口总管必须接地，电解槽的接地装置要单独敷设，接地电阻要求小于4欧姆每台电 解槽设接地端子箱一个，接地端子箱选用JXF3001型箱体，内装铜母排（与箱体绝缘）供接 地用接地继电器接线示意图）6、纯水冷却装置每台整流机组配套LSS-250B纯水机组水一水冷却系统，纯水水质要求硬度不超过德国度 8°,电阻率不小于15X10浓Q.cm,不溶解的沉淀物不超过0.03mg/l,酸度（PH值）位7-9, 尽可能的降低电腐蚀所带来的危害采用了不锈钢双人字型波纹板式逆流结构，双台配置、 互为备用，可在不停机的情况上检修任何一台换热器，换热器材质1Cr18Ni9Ti,换热器胶垫 采用丁睛橡胶一次模具成形，具有很高的密封性、耐用性。

由于该公司的纯水工序采用了EDI 二级反渗透水处理工艺,纯水水质完全满足整流装置的使用要求,且距离整流室较近,所以 由纯水工序通过不锈钢管直接引至纯水高位箱,供纯水冷却装置使用,这样可以长期保证纯 水水质,避免由于纯水水质下降而带来的,并且可以节约一台离子交换器投资7、 直流大电流传感器DC-CT采用霍尔直测式直流大电流传感器，每台整流单元配一套，最大测量电流20kA, 输出DC 4-20mA,0-5V,现场就地安装无干扰，安装方便，系统精确度为±0. 1%传感器具 有正反测功能并带有逆电流报警门限,完成电流测量、报警，可以输出多种信号，提供RS-485 总线接口，方便连接计算机8、 无功补偿滤波装置大功率晶闸管整流装置是产生的谐波不只对电网，对企业自身用电的安全同样具有一定 的危害性抑制和消除谐波，是整流设计时必须要考虑的问题除了适当增加整流机组的等效相数，还可以安装滤波装置来抑制和消除谐波无功补偿 滤波装置兼具吸收谐波及无功补偿的双重作用，滤波器投入后保证PCC点的各项谐波指标满 足《电能质量公共电网》GB/T14549-93技术要求，考核的计费点月平均功率因数需达到0.90 以上。

滤波器投入后要求不能与系统发生并联谐振，即在各种运行方式下谐振点不在整数次 谐波频率下，以最经济的投资来实现本项目滤波器的技术、安全指标为提高整流装置的功 率因数和谐波滤波，可在35k V母线上安装一套35kV电力滤波装置，滤波装置支路设置一个 H5（主要抑制5次谐波）支路，装置投运后，不仅治理了谐波，同时减少从系统送来的无功， 提高了主变供电能力，减少线损，减少线路电压降，达到节能的目的并提高了系统供电能力9、 动力用电负荷及用电设备选型离子膜电解装置机泵设备对供电负荷要求较高，供电的中断将造成重大的经济损失，甚 至造成伤亡事故，其中用于氯气处理的部分机泵及极化整流器为设计一级负荷，一级负荷采 用备自投的双电源供电由于离子膜电解在电解过程中产生氢气，在正常情况下，氢气不会泄漏，也不会形成爆 炸性混合气体电解厂房、碱储槽、碱液高位槽和阴极液循环槽为II区爆炸性气体危险区域， 电气设备应选用隔爆型二次盐水厂房含有强碱，盐腐蚀性物质，户外含少量氢气和强碱、 盐腐蚀性物质，电气设备选用密闭型或防腐型10、 整流装置调试整流装置安装完成后除了按照规范进行电气设备的试验外，还需进行整流装置的空载实 验，冷却水系统试验，控制回路与各配套装置的联机试验，保护电路模拟试验，均流试验和 稳流系统的调节特性试验。

将整流变压器的二次侧的连接母排和主柜的输入母排连接，并在 主柜的输出的正负母排之间连一根2KW的电炉丝，在控制柜或后台机上手动调节给定电流， 用示波器测量电炉丝两端的电压输出波形空载试验正常后，将电炉丝去掉，接上水管（水 管长度根据调试电流值大小确定）并通纯水冷却，检查整流柜的循环水路的接点是否有渗漏 情况，手动调节给定电流，将电流逐步调至5KA,检查并联元件之间的均流情况，用万用表 毫伏档测量快熔两端电压，测量装置的均流系数11、 运行情况该套离子膜烧碱装置投产后，运行的直流电流（Id） 12.15kA,直流电压（Ud）约340V, 35kV高压电流运行约72A，变流效率高于97%，功率因数高于0.92，稳流精度优于土0.2%,运行效果良好，所有数据均满足装置设计时要求整流装置数字控制技术的使用，其技术性能对装置的平稳可靠运行起了决定性作用，大 大地提高了控制系统的可靠性，装置的所有运行数据均明显高于该公司现运行的采用整流模 拟控制技术的离子膜烧碱装置，使得离子膜烧碱装置能耗降低，提高了整流供电系统的稳定 性,增强了产品竞争力整流室布置示意图）。