总降硅整流水系统故障分析

总降硅整流水系统故障分析

王皓麟

白银有色集团股份有限公司西北铅锌冶炼厂

【摘要】本文针对西北铅锌冶炼厂电解锌工艺中硅整流水循环系统存在的水温过高进行了系统的原因分析。

【关键词】硅整流、水循环系统、故障分析

引言

西北铅锌冶炼厂硅整流系统是将高压交流电经整流变压器以及自耦调压器调压后,最后经整流柜硅整流晶闸管整流,将交流电流变成直流电流,直流电流输送到电解槽内的电解液,以达到电解出锌的目的。其中硅整流晶闸管在整流的过程中,会产生很高的热量,硅整流晶闸管会因长时间发热而烧坏。因而在室内就要用到水冷式大功率硅整流等电气配套设备作为冷却保护付机。采用循环水系统不断地给硅整流晶闸管降温,确保整流柜正常运行。

西北铅锌冶炼厂电力运管中心老总降硅整流系统，自2012年改造完成投运至今已连续运行将近十年。运行工况一直相对稳定，从水系统、整流系统再至控制系统，可以说经历了时间的检验。下面就2021年6月开始至今出现的整流器循环水系统温度过的高问题做以下分析。

一、整流器热量构成 整流器回路热量转化构成

1、在一个整流器的回路中,晶闸管元件是将一个交流电转化转变为直流电的重要组成元件。晶闸管在承受正向电压的时间内，改变触发控制角的大小，在负载上得到不同数值的直流电压，从而控制输出电压的大小。工业用整流机组将为负载（电解槽）提供数万安培的电流。

2、根据电流热效应公式可知Q= Rt，产生热量的最大变量是电流I,在其他条件不变的情况下，产生的热量Q与电流的平方成正比，因整流机组有数万电流输出，所以整流机组将产生巨大的热量。

二、整流器水循环系统构成

1、老总降整流器水循环系统主要由：内循环水系统、外循环水系统、板式热交换器组成。

2、内循环水系统主要为:去离子水，一般根据需要从化验室打水，然后从纯水进水口加入到整流器内循环水系统中。

外循环水系统主要为：生产水，主要由管道车间通过外循环水管进行供应。

1. 板式热交换器主要负责内循环水与外循环水的热交换。

三、整流器降温流程

老总降1#、2#整流机组采取强迫水冷与自然风冷方式。冷却系统的可靠运行是保证整流机组正常运行的关键。

1. 内循环：通过去离子水在纯水泵、热交换机、整流机组管道中的密闭循环，将机组中产生的热量带出来，在热交换机中经过外循环水冷却，从而达到对机组可控硅等重要元件的冷却作用。

2. 外循环：温度相对较低的生产水在冷却塔、循环水泵、循环水管道及热交换机中往复循环，将由内循环水带出的热量在板式换热器中进行冷却带走，保证了整机组晶闸管等元件的正常运行。

水系统示意图

总结来说，内循环水主要负责将整流机组产生的热量带出来，而外循环水主要负责与内循环水通过板式热交换器进行热交换，从而给内循环水降温。二者对整流机组可以说是相辅相成，同等重要。而合格压力、温度、流量、的内外循环水就成为保证整流机组安全高效运行的关键。

四、影响整流机组内循环水温的因素

1、整流机组负载电流：整流机组负责为（电解槽）提供合格的直流电，负载电流的大小，直接影响整流机组热量的产生。按照整流机组设计，最高可允许40kA电流运行，而根据实际生产需要，通常负载为30~33kA。

2、合格的内循环水：内循环水主要负责带走整流机组产生的热量，为整流元件降温。压力、流量、电导率、温度合格的内循环水是关键。

3、合格的外循环水：外循环水负责与内循环水通过板式热交换器进行热交换，从而给内循环水降温。压力、流量、温度合格的外循环水对内循环水温度的影响可以说起决定性作用。

4、板式热交换器换热效率：板式热交换器的换热效率也直接影响内循环水温度。

五、对比分析问题

通过将2021年与2020年六月至七月整流器运行、负荷记录对比分析发现以下问题：

1. 同等气温、负荷情况下2021年1#、2#整流器内循环水温较2020年高出4~5℃。

2. 有时夜间水温反而比白天更高。

3. 板式热交换器的正常清洗周期，为一年两次。分别为春防春检与设备大修期间进行清洗。可就2021年来说，春防春检清洗完板式换热器以后，不到3个月，电力运管中心又重新组织人员，对板式换热器进行了清洗。板式换热器的换热效率绝对可以满足32kA电解电流的生产需求。

4. 通过对比同时期整流器点检记录，发现2021年与2020年内循环水的压力、流量、电导率均非常接近。也完全能够满足整流机组正常运行需求。

5. 对比外循环水的流量、压力、温度。发现2021年较2020年外循环水压力、流量无明显变化，但外循环水进水温度偏高。

整流器板式换热器的内外循环水现场实测数据：

依照多年的运行经验，在夏季高温时候，在整流器电流32KA时候， 外循环水进水温度在≤22℃最佳（正常18~22℃），才能保证机组32KA的电流正常运行。

根据整流器铭牌参数确定，老总降整流机组可输出40kA电流，容量绝对满足生产要求。而不管是从内循环水流量、压力、来说均属正常值。关键问题就是外循环水进水、回水温差太小，（进水温度偏高）在板式换热器效率非常好的情况下，也无法将内循环水从整流机组带出的热量最大可能消耗回流至外循环水冷却塔。

六、针对本次故障的应对措施

针对整流器内循环水温高温报警问题，我中心主要制定以下应对措施。

1. 加强整流器点检及后台监控，严密观测内循环水温度、流量、压力及整流器负荷，遇到异常情况及时联系调度，并向车间领导汇报。

2. 加强与管道车间沟通，对外循环水进水温度严格控制，出现外循环水温度不能够满足整流器水循环要求时，要联系相关人员及时处理。

3. 加强对板式换热器换热效率的评估，出现换热效率不佳时，及时倒换板式换热器，缩短清洗周期。

下面主要附录对比记录及点检工况

七、总降硅整流水系统出现过的故障及处理方法

特别是在夏季，设备运行时间一段时间后，变压器的温升比投运初期有所升高，，运行人员在巡视过程中反映整流室循环水温度偏高。虽然采取整流室门两面都打开空气对流散热的方式，效果仍不明显。采取相应的措施改善散热效果对保证变压器合理使用寿命是十分必要的。经过现场实际观察分析，发现板式换热器的间隙被尘土堵塞，导致通风散热效果变差。由于我厂处在北方灰尘较大，虽然整流设备均安装在整流所内，但整流所设计时考虑到通风换热问题，夏季多采门窗全部打开进行散热，但是因为尘土较多易附着在设备表面影响设备散热。发现问题后我们用空气压缩机加装气源管对板式换热器进行吹扫，整个清理过程有大量的灰尘被清理出来。或者在停产检修时直接拆洗换热片。很好的解决了水温过高报警的问题。整流变压器在夏季最大生产负荷下的运行温度最好不要超过65℃，避免长时间高温环境下运行，导致变压器油的和整流器密封件的老化，并且也降低了因为密封件的老化发生变压器油渗漏的情况。

【结论】 西北铅锌冶炼厂总降硅整流水系统报警从全方位的分析后，排除了整流器和设备故障引起的总降硅整流水系统报警。对纯水系统高温报警也做了相对全面的预防和应对措施。对整流器统循环水冷却设备和整流器的设备长期平稳运行关系到整流器的使用寿命以及运行的稳定性，而且减少了辅助设备故障导致的停产，降低了我厂的经济损失。