電解鋁整流系統(tǒng)的諧波電流與無(wú)功功率
電解鋁整流系統(tǒng)的諧波電流與無(wú)功功率
摘要 主要講述的是電解鋁整流系統(tǒng)對(duì)供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量的影響，探討了如何選取整流系統(tǒng)諧波電流和無(wú)功補(bǔ)償裝置容量之間的聯(lián)系，其所得到的結(jié)果對(duì)濾波器的設(shè)計(jì)和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了參考依據(jù)。電解鋁所用的直流電源是利用大功率元件的整流系統(tǒng)取得的，同時(shí)電網(wǎng)受到了整流系統(tǒng)所產(chǎn)生出來(lái)的大量高次諧波的污染，在特定的情況下甚至?xí)斐煞翘卣髦C波。如果不抑制超標(biāo)的諧波和優(yōu)化較大的無(wú)功功率，將影響供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量和電解鋁整流系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
關(guān)鍵詞 整流；諧波電流；無(wú)功補(bǔ)償
在大功率元件的整流系統(tǒng)中，通常采用電容進(jìn)行對(duì)其無(wú)功的補(bǔ)償�？墒钦餮b置會(huì)有大量的諧波電流產(chǎn)生，因而在配置無(wú)功補(bǔ)償裝置時(shí)所用的參數(shù)不科學(xué)，就會(huì)出現(xiàn)供電系統(tǒng)諧振或者諧波電流放大的現(xiàn)象。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，本現(xiàn)象直接受到裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)和供電系統(tǒng)在運(yùn)行方式的影響。所以，設(shè)計(jì)人員和運(yùn)行人員最關(guān)注的問(wèn)題就是諧波電流的科學(xué)控制和最優(yōu)的無(wú)功補(bǔ)償。
1 電解鋁整流系統(tǒng)的特征
電解鋁是以氧化鋁為原料，在冰晶石熔體中進(jìn)行熔鹽電解的化學(xué)過(guò)程，其反應(yīng)過(guò)程在電解槽中進(jìn)行，通過(guò)電解提取金屬鋁的煉制過(guò)程[1]。其特征如下：
1）耗電量比較大
電解鋁工業(yè)生產(chǎn)消耗大量電能，素有“電老虎”之稱(chēng)，原鋁直流電耗最低可達(dá)12 900kW·h/t·Al，它跟原料及其生產(chǎn)方法有很大的關(guān)系。
2）比較低的功率因數(shù)
電解鋁所使用的供電系統(tǒng)主要有調(diào)壓變壓器、整流變壓器和大功率元件整流系統(tǒng)，致使無(wú)功的消耗非常大，而功率因數(shù)卻很低。
3）供電可靠性的要求高
由于電解鋁是一個(gè)連續(xù)生產(chǎn)的過(guò)程，因而要有比較高的供電可靠性，一旦有短時(shí)的停電現(xiàn)象發(fā)生，在供電正常以后在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)電解鋁設(shè)備不能進(jìn)行生產(chǎn)，只能耗電；可如果超過(guò)了一個(gè)小時(shí)，則不能再進(jìn)行生產(chǎn)，嚴(yán)重的還可能使電解槽內(nèi)襯遭到破壞。通常來(lái)說(shuō)，電解鋁每天所用電負(fù)荷率約96%左右，這就對(duì)供電有了更高的要求。
4）諧波帶來(lái)的污染比較厲害
3 電力電容器的作用
大功率元件的整流系統(tǒng)會(huì)造成電網(wǎng)的電流和電壓的波形同時(shí)出現(xiàn)畸變，所以諧波的治理和功率因數(shù)的提高這兩個(gè)問(wèn)題是電網(wǎng)必須解決的問(wèn)題。
我國(guó)當(dāng)前主要采用的是就地治理的方法，主要是把電容器和電抗器所組成的調(diào)諧或高通濾波器組濾除系統(tǒng)中所含較大量的諧波，來(lái)減輕諧波所帶來(lái)的危害
[3]。在綜合運(yùn)用設(shè)備時(shí)，可以考慮通過(guò)濾波器的電容器組補(bǔ)償無(wú)功，使功率因數(shù)得以提高，把電力設(shè)備的容量發(fā)揮至極點(diǎn)，使各種輸電的消耗減少到最小。
4 諧波治理和無(wú)功補(bǔ)償之間的聯(lián)系
在大功率元件的整流系統(tǒng)中，如果同一諧波源中某次的諧波電流產(chǎn)生感性無(wú)功，另外一次產(chǎn)生容性無(wú)功，會(huì)造成不同的諧波電流產(chǎn)生的無(wú)功互相補(bǔ)償。針對(duì)大功率電器的諧波源用戶(hù)，按照公式⑨算出的功率P值或許會(huì)比基波功率要小，也就是它所吸收的部分基波功率轉(zhuǎn)成諧波功率后再返還到電網(wǎng)，給其他的用戶(hù)帶來(lái)?yè)p害。有一部分的諧波會(huì)因?yàn)閰?shù)，非但不能減輕，反之被放大，而出現(xiàn)共振的現(xiàn)象。因此，在選擇濾波器組時(shí)，除了要考慮提高電蜂側(cè)的功率因數(shù)，同時(shí)還要避免諧振的出現(xiàn)[4]。
為了滿足系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊�，可以采用的方法有�?）當(dāng)濾波裝置的無(wú)功容量比需補(bǔ)償?shù)娜萘啃r(shí)，可以附加一般的并聯(lián)電容器組到不足的部分；2）當(dāng)不存在諧振條件即電網(wǎng)的電抗值和并聯(lián)電容器的電容值所構(gòu)成的諧振頻率比較高而負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流和母線的諧波電壓又很低時(shí)，此時(shí)，不需要考慮降低諧波值，但是標(biāo)準(zhǔn)并未給出劃分界線的具體數(shù)據(jù)。濾波裝置的容量要加大，使補(bǔ)償要求得到滿足。
5 結(jié)論
電解鋁整流系統(tǒng)是最大的諧波源，它造成了電網(wǎng)系統(tǒng)電流和電壓的波形畸變，系統(tǒng)功率因數(shù)也直接受到電流和電壓間的相移和電流電壓波形的畸變共同的影響。如果對(duì)功率因數(shù)過(guò)高地追求，則會(huì)使濾波器的濾波效果受到影響，嚴(yán)重的會(huì)造成諧波的諧振和放大[5]。
在設(shè)計(jì)此類(lèi)裝置和系統(tǒng)時(shí)，除了保障系統(tǒng)足夠的功率因數(shù)和裝置的濾波效果外，還要把電網(wǎng)的發(fā)展?fàn)顩r和電網(wǎng)的參數(shù)考慮進(jìn)去，以免諧振的產(chǎn)生；作為運(yùn)行人員，更要把不同運(yùn)行方式的測(cè)試做好，從而能夠使設(shè)備經(jīng)濟(jì)、安全地得以運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
[1]郭宏芳，張傳斌，梁永平.電解鋁整流供電系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償及高次諧波的抑制[J].材料與冶金學(xué)報(bào)，2010，09(z1)：123-125.
[2]平祝華.電解鋁整流系統(tǒng)中的諧波研究[J].甘肅科技縱橫，2009，38(4)：
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