关键词：
整流系统、
整流、调压、稳流、均流、功能、控制、调试。
一、 电解整流系统的特点
电解整流系统一般由整流变压器、整流柜、交、直流母线、主控系统、直流刀开关及纯水冷却系统和滤波装置等组成。以我公司为例：整流所共有六台整流变压器。整流变压器单台容量为105300kVA/110kV，为目前国内最大的直降式整流变压器。整流柜单机组输出电流为70kA。其控制系统全部由PLC控制，技术含量高。整流所一旦投入运行，就必须连续供电，是整个电解铝系统的心脏。
1.1整流变压器的特点:
1.1.1整流变压器组由一台调压变压器（简称调变）、两台带移相绕组的整流变压器（含两台饱和电抗器，简称整变）组成。并联运行组成12脉波，6机组并联组成6×12=72脉波。调变采用3个单相107级有载分接开关进行连续调压，通过整变阀侧的饱和电抗器组还可以进行电压的细调。
1.1.2整流方式为三相桥同相逆并联电路，一次额定电压为110kV的电力系统。
1.2整流柜特点：
主回路采用了三相桥式整流，阀侧引线为同相逆并联结构。其特点是：通过二次绕组和整流臂的两组同相反极性引线的电流在任何瞬时都大小相等，方向相反。保证通过阀侧绕组的电流不含直流分量，从而使各自所产生的交变磁通在同相逆并联导体的外部相互抵消，减少各部分线路电抗，并增加相间、臂间阻抗的对称性，从根本上解决了大电流的交变磁通在换相过程中所引起的局部过热、电抗压降增大和并联元件间电流不平衡等大
容量整流设备存在的特殊问题。从而提高变压器的利用率和功率因数。
二、整流系统的调压方式
在电解工艺过程中，电解槽电压的变化或用户对电解槽数目增减，或电网电压的变化等原因，均需对电解用整流机组的输出电压进行调整。本系统采用二极管整流方式，调压采用有载调压开关和饱和电抗器联合调压。
在采用二极管整流的系统中，整流变压器网侧用有载开关粗调电压，阀侧饱和电抗器细调电压，达到控制电压的目的。饱和电抗器是一种利用铁磁材料的饱和特性，以较小的直流功率来控制较大的交流负载的电器。对整流机组的稳流控制，是通过控制饱和电抗器绕组电流实现的。为避免同机组两台饱和电抗器的B－H特性的分散性和整流变压器的输出电压及阻抗不完全相等，对饱和电抗器线性调压范围的影响，每机组设置手动的位移绕组控制单元，其电流反馈分别取自两台整流柜的直流电流传感器和交流电流反馈的信号。
三、整流装置稳流控制系统
3.1整流机组稳流控制系统的特点：
按照电解铝的供电特点，每个机组有一套独立的稳流控制，分别控制各机组的直流电流。每机组两台整流变压器的饱和电抗器控制绕组串联，由一套稳流控制系统控制。控制系统设定有统调、分调两种形式，电流控制设有手动控制、模拟稳流控制和PID稳流三种控制方式，不同的控制方式可在线切换。机组的直流输出电流和饱和电抗器工作点的设定，即可由计算机设定。同时控制系统设定有总控屏控制单元，对系列总电流进行控制，总控屏控制单元与机组稳流控制配合实现统调稳流控制。总控屏控制单元的总PLC反馈取自系列电流测量的总电流控制，系列电流的控制设有手动统调和自动统调两种方式。自动统调时，总PLC根据各分机组运行情况分别对各机组直流电流自动分配，将各机组的总调电流设定值，通过通讯网送到机组PLC。当分机组工作方式设定为统调时，分机组将根据总PLC传送的电流设定值对机组电流进行控制，保持总系列电流的稳定。为实现统调、分调的互为备用，机组控制柜内设有统调控制单元、分调控制单元两套独立的自动闭环稳流控制系统：一套由PLC进行数字控制自动稳流控制，一套接受手动设定进行模拟自动稳流控制，并分别具有本控、远控功能，两套同时工作互为备用并可在机组不停电状态下对稳流系统进行维护和控制，统调单元和分调单元的切换可由上位计算机或本地控制屏通过PLC进行控制。
为提高机组电流设定、测量信号的抗干扰性能，控制系统对每个给定和反馈信号均单独设置了隔离变换器，将信号变换为（4－20）mA、（0－10）V或（0－5）V的标准信号。并且输入、输出、电源间的相互隔离，将总电流控制系统与各机组控制系统的电信号隔离以提高系统安全性。
3.2稳流控制系统功能解析：
3.2.1整流柜控制柜由功率柜和信号监控柜组成。功率柜主要用于对饱和电抗器控制绕组的自动稳流控制及偏移绕组的手动调节。主要由反馈信号检测及转换、自动稳流功率单元、手动调节功率单元、外围控制电路等组成。
（1）信号检测与转换用于检测系统运行时分别来自直流电流测量和交流电流测量的反馈电流信号，并可根据需要切换。每机组有两个交流电流反馈信号和两个直流电流反馈信号，两交流或两直流反馈同时接入控制调节系统和PLC，经PLC运算，两柜电流偏差在允许范围内时反馈信号大的起作用。正常状态下，因直流反馈精度较高，由直流反馈参与控制，交流信号作为备用。
（2）稳流控制单元用于对饱和电抗器控制绕组的控制，以达到稳流的目的。稳流控制单元分为统调单元和分调单元，统调单元的给定信号由PLC给定，并可由PLC设定为手动控制或自动控制，分调本控通过本地触摸屏由PLC给定。
（3）手动调节功率单元用于对饱和电抗器偏移绕组的控制。饱和电抗器偏移绕组设有两套，分别调节机组中的两组偏移绕组激磁电流，可对由于阻抗等因素引起的同一机组中两台整流柜输出电流不平衡进行调整，使之一致。
（4）外围控制电路实现统调单元、分调单元和远控、近控的转换。
3.2.2信号监控柜主要有PLC、故障检测电路、信号隔离变换、触摸控制屏和电源等部分组成。用于控制机组运行、故障信号综合分类，以及向上级监控系统传递机组运行情况。PLC监控系统不仅检测整流系统中整流柜的运行情况，还对稳流系统的运行进行监控，并包括对辅机设备的监控。
整流柜故障运行检测包括：元件故障检测、水温过高指示、水压降低指示、断水指示、母线过热指示、过压保护故障指示、绝缘损坏指示、过载报警指示、过流报警指示、冷却水温监视、瞬动高压分闸连锁、故障禁止合闸等信号。
从可靠性出发，对整流机组的重要故障，监控系统设置了独立与PLC的跳闸回路，在PLC处理故障信号的同时，联动高压开关跳闸。当出现“元件坏二”、“断水”、“母线过热”、“过压保护故障”、“绝缘损坏”、“高倍过流”故障信号时，相应各故障的中间继电器的常开触点闭合联动故障综合跳闸继电器动作，发出高压分闸连锁信号。
同时，在机组出现严重故障尚未排除，或辅机故障使机组不具备送电条件时，PLC对故障综合后发出故障禁止合闸信号，闭锁高压合闸电路，同时在触摸屏上显示禁止合闸信号。
3.2.3总控制屏控制单元：
为实现系列电流的统调控制和系列电流的自动负荷分配，控制系统设置总控制屏控制单元。总控屏单元由总PLC系列触摸控制屏及外围电源和控制电路组成。除进行统调控制外，总PLC通过DH+通讯网获取各机组运行状态，并集中于总PLC配套的系列触摸控制屏。有系列直流电压监控、系列过电流和系列接地故障检测等。
（1）、统调控制：
总系列电流的设定有总PLC本控设定和上位监控系统远控设定两种工作方式。统调控制的本控、远控选择既可在触摸屏上控制，也可在上位监控机控制。
统调方式工作时，总PLC读取各机组当前运行电流，并结合各分机组运行情况，按总电流的设定对各分机组直流电流统调设定值自动分配，将各机组的统调电流设定值通过通讯网传送到机组PLC，各分机组将根据总PLC传送的电流设定值对机组电流进行稳流控制。
（2）、系列过电压、过电流和接地故障：
正、负极对地电压和正、负极对中点电压及系列电流经采集隔离后送至PLC，由PLC对系列过电压和系列电流进行监控。ａ、当直流侧出现过电压（10%～25%）Ud时，总PLC向上位机发出系列电压信号。ｂ、当出现系列过电压的同时系统电流降低时，总PLC向上位机发出系列异常信号，输出信号使继电器动作，联动整流系统各机组高压跳闸。ｃ、当由于电解槽接地异常，使正负极对中点电压超限时,总PLC向上位机发出系列接地故障信号。
（3）、整流系统集中监控：
各整流机组电源正常、高压分闸和PLC运行正常三个不通过机组PLC的信号，通过继电器接点输入总PLC，总PLC可在DH+通讯异常时监控各机组的初步运行状态。当通讯正常时，总PLC通过读取各个机组PLC的监控信息状态位，检测并显示各个机组的运行状况。
3.3单元模块调试方法：
3.3.1稳流控制板的调试：控制电路加电后将拨动开关拨到手动位置，使电流调节器处于手动模式，调节电流设定仪输出脉冲应能连续平滑调节。
3.3.2过流检测可加模拟信号在反馈输入端，调整电位器整定高倍过流动作值到1.3IdN，当反馈大于该整定值时将过流信号输出报警，触摸控制屏上应显示“高倍过流故障”。调整电位器整定高倍过流动作值到 1.1IdN，当反馈大于该整定值时，将过载信号输出报警。
3.3.3控制单元带负荷调试：控制板调好后，将机组变压器控制绕组、偏移绕组与控制柜连接，从最大到零调节电流设定仪或给定电位器，控制电流和偏移电流应能在（0-25）A范围内连续平滑调节，如控制电流超过25A,可调整控制柜上的控制限幅，使控制电流连续可调且无过调和死区。控制电流调整好后，可测试控制电流越限报警。当调整控制电流大于23A时，控制电流越上限应显示，当调整控制电流小于1A时，控制电流越下限应显示。
3.4模拟自动稳流控制调试：
3.4.1分调单元自动稳流控制调试：
分调单元自动稳流控制调试前，应先进行手动调试。将转换开关拨在本控位置，使系统处于分调单元工作状态下，手动控制调节器将电流设定仪调到最大，使控制绕组电流为零。给主电路送电，检测负载直流电流是否与电流表表头一致，确定激磁电流极性并测量反馈信号的极性是否正确。正常后，调节电流给定仪，直流电流应能连续平滑调节。将直流电流升到0.8IdN,调整自动控制板上电位器调整反馈比例，并调整整定电位器，将过流动作值整定到1.3IdN。
手动控制调节好后，即可进行自动稳流系统的调试。将开关拨到自动位置，使调节器工作在自动状态。给主电路送电，将电流设定仪调到最大，使控制绕组电流为零。给稳流系统送电，调节面板上电流设定仪时，直流电流应能连续平滑调节。调节控制板上电位器，按控制绕组额定电流25A将控制电流调节范围整定为（0-25）A。若系统在自动控制时出现振荡现象，可调整控制板上的电位器增大反馈比例或调整电流调节器的动态放大倍数。
3.4.2统调单元模拟自动稳流控制调试：
统调单元模拟自动稳流控制调试同分调单元模拟稳流控制调试，区别在于总调单元的电流设定为在触摸屏上设定，通过PLC给定到控制单元。
3.5 PLC系统稳流控制调试：
模拟自动稳流控制调试好后，可对机组PLC稳流进行调试。在触摸屏上将PLC稳流控制设定为统调单元、本控手动分调模式后，启动PLC稳流控制，调节PLC本控设定到最大（100％），使控制绕组电流为零，并确定有载开关联动操作禁止。给主电路送电，待机组电流稳定后将PLC控制转换到PLC-PIDSET模式，调整相关参数，按下SET OK按钮返回正常运行状态。调节PLC本控设定，在饱和电抗器线性范围内直流电流应能跟随给定平滑调节。
3.6远控稳流、统调稳流调试：
本控稳流调试好后，将PLC控制转换到远控分调，在总调单元工作时机组电流应能跟随上位机远控设定变化，在分调单元工作时机组电流应能跟随主控室远控设定仪的给定变化。
给总PLC送电，测量总PLC的统调输出是否跟随上位机系列电流的设定变化。调试正常后，依次将各分机组稳流控制转换到统调稳流模式，调节上位机系列总电流设定，各机组直流电流应相应变化。当机组退出或将其设为分调稳流，统调控制应能按系列总电流的设定自动调整分配其它机组的直流电流。
四、整流系统的升流试验
在对整流设备单体调试完成和系统统调结束之后，一项最关键的试验就是整流系统的升流试验。
4.1升流试验规划：
实践中利用现场的正式电源和整流机组，由110kV电网供电，经调压变压器、整流变压器、饱和电抗器、整流柜、直流刀开关，再经过电解车间的电解槽形成回路，整流变压器有载调压开关挡位设置在最低的电压切换位置（1档）上，有一个较小的电流。然后通过调压使电流阶段上升，并通过稳流进行电流细调，最终对每台机组控制在70kA以下，对六台机组并联控制在320kA。
4.2单台机组升流试验过程：
首先确认机组有载调压开关置于最低档位，开始投入一台机组工作，直流短路电流应在计算值以内，然后通过手动稳流调节使电流控制在10kA左右，调节正常后，再通过改变有载调压开关档位来调压，使电流再度增加（这时利用稳流调节电流配合进行均流试验），使单机组直流电流达到70kA。
4.3均流试验：
4.3.1试验标准及要求：单台机组整流柜的均流试验在额定值80%进行，均流系数不小于0.8。该系数按下式计算
KyL＝＝
其中： Ip— 支路内元件的平均电流；
Imax—支路内元件的最大电流；
I∑—支路总电流；
ny—支路里并联的元件数。
4.3.2试验方法：由于支路内有多个元件并联，可以利用串联在各元件上的快熔，测量在它上面的电压降的方法，试验从小电流开始，快熔上的电压降基本上能反映元件电流的分布情况。
4.3.3并联升流：单机组分别进行的升流试验及均流试验合格后，各机组并联到直流母线上，均衡升流使电流达到320kA。运行6小时，在持续的额定电流下考核直流母线及整流系统的稳定性。
五、整流系统设备运行效果
整流系统设备运行巡检数据如下表（以一机组为例）：室外温度31℃
整流柜巡检结果与设计值比较表（一）
整流柜元件温升设计值＜50℃ | 实测值 | 快熔温升设计值＜80℃
| 实测值 | 母线本体温升设计值＜35℃ | 实测值 | 进、出口冷却水温差设计值＜5℃ | 进口 | 出口 |
42 | 44 | 32 | 25 | 28 |
40 | 41 | 30 | 24 | 27 |
40 | 44 | 32 | 25 | 27 |
39 | 40 | 31 | 25 | 26 |
41 | 39 | 32 | 25 | 27 |
40 | 42 | 33 | 24 | 28 |
整流变压器巡检结果与设计值比较表（二）
调变油温 | 实测值 | 整变油温 | 实测值 |
设计值65℃报警80℃跳闸 | 50 | 设计值65℃报警80℃跳闸 | 58 |
52 | 57 |
52 | 55 |
52 | 55 |
54 | 54 |
55 | 54 |
结论： 320kA超大容量电解铝整流供电系统，经过对技术数据的精心测试和对设备的调整，整流装置于2003年投入运行，运行三年来设备状况良好，各项技术指标均达到设计要求。
参考文献：
1、《电力电子设备设计和应用手册》机械工业出版社 王兆安 张明勋主编
2、《工厂供电》 机械工业出版社 苏文成主编
4、《工矿企业电气调整手册》 冶金工业出版社 刘春华主编
5、电气设计图纸 贵阳铝镁设计院
6、西安电力变压器、整流柜技术资料
