大功率整流装置均流测量研究

大功率整流装置均流测量研究

叶峰

（新疆华泰重化工有限责任公司新疆乌鲁木齐830019）

摘要：本文对大功率整流装置均流刚量的几种方法进行了理论分析和实验比较，并提出用磁位计刚量整流元件电流的新方法。作者用这种方法研制的多点电流检测仪，已投入工业运行，经考核测量精度在5％以内.。

关键词：整流装置；均流；整流元件；热损耗

1前言

从20世纪末至今，随着国民经济的发展，国内氯碱企业的生产能力、装置技术水平得到了大幅度的提高。随着电力电子技术的飞速发展，在电化学生产中使用的晶闸管整流装置单机容量不断增大。国产化的、技术成熟的晶闸管整流装置成为20世纪90年代后期上马的电化学生产线直流供电装置的首选。在整流装置中，为满足大电流输出的要求，采用大量并联的晶闸管元件。晶闸管元件并联工作在大电流区域时，由于受到并联支路阻抗的差异、并联元件通态（正向）伏安特性的差异、触发脉冲的对称度、脉冲前沿陡度、脉冲电流传输方式以及运行电流变化等的影响，造成并联器件稳态及瞬态电流分配的不均。臂元件均流度、整流臂间均流度是考核整流装置的重要技术指标。

2均流仪的发展现状

均流仪的核心部件是传感器。安装于整流柜中的每只整流元件与快熔连接于铜排上，测量电流范围在2～5kA，并且能不受外界磁场干扰，准确测量出每只元件的电流波形。常见的均流仪传感器有以下3种：（1）磁位计。其工作原理是电磁感应，用户使用后反应测量准确性差。（2）直流互感器。其优点是精度高（0.2级），稳定性好；缺点是体积太大，价格昂贵。（3）霍尔元件直流传感器。直接检测电流产生的磁场，响应快、温度稳定性好、体积小、安装方便、抗干扰能力强，但其精度低于直流互感器。均流仪是生产辅助装置。在生产实际应用中，使用均流仪的目的在于对运行中的整流装置实时在线巡检及测量，而非计量。目前整流工段选用的是性能和价格都比较合适的霍尔直流传感器，虽然精度不高，但其具有瞬态响应快、线性好的特点，完全可以满足需要。

3均流度在整流装置中的重要性

3.1均流与损耗

图1是整流柜整流臂接线图，其等效电路如图2所示。

每条支路由一只晶闸管串联一只快速熔断器组成，电阻R1～Rn是整流臂各支路上晶闸管的等效电阻、快熔等效电阻、元件排和快熔母排等效电阻以及整流元件到快熔排、快熔排到汇流母排等效电阻的总和。I1～In为流过每只整流元件的电流。Is为整流臂的输出电流。整流臂总的热损耗为：

当达到理想均流状态时，I1=I2=…=In，此时R1=R2=…=Rn。假设n=3，即整流臂有3只正向整流元件，I1=I2=I3=Is/3，R1=R2=R3=R0，其中，R0为理想均流状态下支路等效电阻的总和。整流臂总的热损耗为：

假定整流臂中由于整流元件R1工作状态不佳，使其等效电阻增大30%，即R1=1.3R0，根据电流与电阻的反比关系，当整流装置工作在稳流状态时，整流柜内某只整流元件电流减小，其他整流元件电流就会增大，以补偿减小的输出电流。

3.2均流与整流元件安全运行

在晶闸管整流设计中，整流元件电流峰值Im的增加量最少是平均电流增加量的3倍，导通角小时，甚至可以达到4～5倍，过高的峰值电流引起发热量的急剧增加（发热量与I2m成正比），使得晶闸管的结温迅速升高而危及安全运行。晶闸管过载能力很差。整流装置设计制造时，电流裕量按2～4倍考虑，安全系数的取值与臂元件数和元件电流密度有关。在1个有4只元件并联运行的整流臂中，当损坏1只元件后，由余下的3只元件并联运行。考虑到均流系数的因素，如均流系数低，将造成连锁反应，最终把支路余下的3个元件全都烧坏。

4均流仪的使用

目前整流柜生产厂家从设计、元件筛选、制造工艺等方面下功夫，在整流柜出厂时，其均流系数可以达到0.9以上。母排在运行中产生的涡流、发热、震动等因素，支路等效电阻会不断增大，因各支路电阻变化不可能一致，需要经常测试运行中整流柜的元件间、臂间均流度并且及时进行均流调整，使均流度保持在较高的值。均流仪是整流系统中检测整流管工作电流的专用设备，均流仪的作用在于：（1）实时监测各整流元件的工作状态，在出现异常时报警，提高了系统的可靠性、安全性。（2）实时采集各整流元件的工作电流瞬时值，并进行比较，为维护人员调整均流度提供依据。（3）在整流柜中，为保持系统的安全、运行，每台整流柜都设有主回路操作过电压保护、整流元件换向过电压保护、整流元件故障保护、水温过高保护、水压过低保护、母线过热保护设施。这些保护由专用PT单元实现其保护，出现异常时，由PT单元上的微动开关分别发出报警和跳闸信号。由于这种微动开关稳定性差，经常产生误动作。采用均流仪在线监测，可为维护人员判断故障点提供依据，解除维护人员带电检查时的不安全隐患，提高了整个系统的安全性。

5整流装置现有几种洲组方法比较

由于整流元件电流为周期非正弦函数测量时必须注意这一点。现有整流装置中一般装有分流器或交流互感器。对没有这些测量装置的整流柜，值班人员常用钳形电流表测量整流元件的电流。现从以上三种方法的基本工作原理分析它们的测量精度。

5.1分流器法

采用分流器测量整流元件的电流是，将分流器串联在整流元件回路中。整流电桥1号臂的一组并联元件接入分流器的接线，其他臂接线相同。R0为分流器的电阻，一般为0.1~10毫欧标准电阻。分流器二次侧接有电压表，通过电压表读数可获得整流元件的电流值。由于电流波形为周期非正弦函数，因此分流器二次侧电压表的类型不同，可分别获得电流的平均值（或称直流分量）或有效值。一般选择磁电系直流电压表获得电流的平均值。分流器法的测量精度取决于分流器的级别和电压表的等级。0.1级分流器和0.2级直流电压表市场随时可购到。因此，采用分流器法能获得相当准确的电流值。但分流器体积大，不易安装，耗电发热，价格高，尤其是二次仪表与主回路相联，不利于实现自动检测，同时也不安全，因而限制了它的使用。

5.2电流互感器法

用于整流装置的电流互感器为户内式母线型交流电流互感器。电流互感器基于铁芯的磁导高，激磁电流近似为零，可把它看成比例元件。当电流互感器接入整流桥臂上时，由于整流元件中电流的直流分量和非50赫芝谐波分量破坏了互感器的工作条件，使其完全丧失了比例元件的性能。因此，采用交流电流互、.感器测量整流元件的电流，由于不能满足规定的工作条件而带来很大的测量附加误差，使测里精度明显下降。电流互感器市场上品种齐全，价格适中，二次侧仪表标准化，便于系列化产品的安装，且测盈回路与主回路没有电的联系，即保障安全，又便于实现自动检测。只是附加误差大而不能满足整流元件电流的测量要求。

5.3钳形电流表法

钳形电流表是根据单匝穿心式电流互感器原理制成的，它可在不切断电路条件下测量电流。使用方便，价格也不高，精度为2.5级。钳形电流表由电流互感器和电流表组成。用钳形表测量整流元件电流时，除存在电流互感器的附加误差外，还由于钳形表装有整流式的磁电系直流表，由于在这种非正弦情况下测量电流的有效值将引入新的误差，以致钳形表精度再度下降。

6结束语

这里用标准电阻（相当于分流器）、交流电流互感器、钳形电流表和磁位计在同一三相桥臂的测量结果，作为我们对大功率整流装置均流测量研究的结束语。

参考文献

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