整流电流波动原因分析及处理

weifuwang2008

一、概述
我公司为6万t/a的烧碱装置，采用四台整流变压器并联运行，产生24脉波的直流电流给电解工序供电。整流设备能否稳定、连续的提供直流电流，直接影响到电解槽和离子膜的寿命，从而影响到整个烧碱装置的正常运行。烧碱装置2004年6月投入运行以来，由于为四台整流机组并联运行，受控制系统的及外界因素等的影响，直流电流波动幅度较大，从而对电解槽和离子膜造成一定的危害，也给我公司连续稳定的生产造成一定的威胁。
二、控制方式
我公司整流控制系统采用西门子工业控制系统.管理机采用WINCC5.1监控软件，可随时监控整流系统所有设备的运行状态及参数。控制系统采用西门子S7-400系列可编程序控制器，采用工业以太网组成冗余的控制系统，每台整流系统的各种数字量、模拟量信号采集采用S7-300系列模块，通过ET200M通讯模块，采用PROFIBUS-DP网络分别与冗余的主PLC模块通讯，主CPU模块可实现无扰动切换。脉冲控制系统为西安化工研究院研制的SHK-33/RB数字式双控制器互备系统，每台机组的脉冲控制信号采用两台脉冲控制器，通过监转器，两台脉冲控制器可实现热互备，主运脉冲控制器发生故障时，热备脉冲控制器可自动切换代替故障的主运控制器，保证机组的正常运行，并可随时将故障脉冲控制器退出运行进行检修。
三、直流电流波动原因及分析
1、在整流设备初期运行过程中，由于电解工序电解槽投运数量为12台，未达到设计要求的最低数量，直流电流在3KA左右运行，电流波动幅度较大，脉冲控制器导通角一般在70º左右运行，究其原因主要为电解槽数量较少，回路阻抗较小，导通角处于一个干扰最为严重的阶段，加之自控系统由于电解槽数量较少等原因，不能投入运行，直流电流的大小靠运行人员频繁进行调整，造成电流波动范围较大，达不到精确控制。其次，由于给整流变压器网侧供电的35KV高压系统，在110KV变电站35KV段同时给我公司电石炉变压器供电，我公司1#、2#电石炉容量为3X8500KVA，3#电石炉为3X10000KVA，电石炉变压器的启动、停运使35KV系统电压波动较大，从而造成脉冲控制器经常故障锁零，如电流高限锁零等，使机组频繁退出运行。35KV一次系统图如下。
2、随着我公司将电解槽数量增加至设计的32台后，自动控制系统正式投运以后，直流电流波动较大的问题得到缓解，但110KV总变35KV段电压有波动时、电石炉变压器停运时，对整流系统仍有较大的影响，直流电流最大波动瞬间有时可达2000A左右，波动时间从40s至10分钟不等。其次，由于脉冲控制信号受电磁或谐波干扰，可能造成可控硅误触发，瞬间引起直流电流的跳动。分析干扰原因，一为控制系统接地网串入干扰源，二是同步电压信号受到高次谐波的干扰。
四、解决方法及措施

针对以上情况，我公司采取了以下措施，并取得了良好的效果。
1、电石炉变压器停止运行前，应将炉变有载开关档位降在低档位，再断开电石炉变压器的进线开关，避免因大负荷停运造成系统电压大的波动。
2、防止脉冲控制器误触发，造成系统电流的瞬间跳动。脉冲控制器的同步电压信号取自35KV两段的PT柜，为防止高次谐波造成的干扰，我们在同步变压器前侧进线处加装了抗干扰装置，减少谐波的干扰。
3、为脉冲控制系统加装在线式UPS电源，以消除因系统电压波动造成的控制系统误动，并改造整流控制系统的接地网，为整流控制系统作单独的接地。
4、调整脉冲控制器微分、积分比例，可调整脉冲控制器的自动控制精度，但调整控制精度过高，易造成振荡，精度过低，直流电流控制误差将较大，所以根据实际情况进行调整，以达到自己所需精度要求并不至于引起系统振荡。现我公司运行电流52KA，直流电流波动幅度200A左右，满足我公司生产的要求。
5、因我公司整流变压器阀侧上桥为星形接线，下桥为角形接线，上、下桥电流相同情况下，上桥导通角角度大于下桥导通角角度，所以在投入自动控制系统时，应将上桥导通角控制在100--110º之间。如脉冲控制器导通角过大，超过110º以上时，此时若网上系统电压的降低，极易造成上桥导通角到达上限，使整流机组上、下桥电流失去平衡，同时引起电流的波动。
五、运行效果
通过以上措施，我公司整流系统自2005年11月到现在，一直运行良好，直流电流的波动基本在200A左右的范围，保证了烧碱装置的连续稳定的运行。
六、建议
1、脉冲控制器互备的问题，由于互备的脉冲控制器相互切换时间为四个周波（80-100ms），切换过程中会产生电流的瞬间波动，建议改为冗余式互备方式，实现无扰动切换。
2、建议改造脉冲控制方式，现我公司脉冲控制信号由脉冲控制器产生经反相器送到脉冲放大器，通过电缆送至整流柜脉冲变压器至可控硅元件，其间通过较多电器元件，易受干扰，建议直接将脉冲控制信号送至整流柜，其间加强各种干扰的屏蔽。
3、我公司3#电石炉大修期间，将四台整流变压器全部由110KV3#主变压器供电运行，实践证明整流系统与电石炉变压器分段运行，直流电流将更加平稳。所以，建议整流变压器应与大负荷用电设备分段运行。

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