某电化学整流电源装置实用损耗计算

某电化学整流电源装置实用损耗计算

【摘要】 电化学整流电源要求提供连续的高效率的大直流电流，常采用三相桥式同相逆并联电路结构，研究计算该电路的实际损耗对电化学整流电源的设计和生产具有现实指导意义。通过对某公司八十年代投入使用的电化学整流电源装置的简单介绍，根据〖氯碱工业〗 1983年1期文献中介绍的方法，计算得出该装置生产运行中的实际损耗值，为整流装置效率的确定和整流装置内冷却设备的选用和布置提供理论依据，也为整流装置CAD设计打下理论基础。

【关键词】电化学电源；整流装置；损耗；计算 【参考文献】 氯碱工业（1983.01）

电化学电源主要用作铝镁电解、食盐电解及其他有色金属电解、水电解和石墨化电炉等设备的直流电源，要求提供连续的高效率的强大的直流电流, 为了抑制大电流磁场及各部分阻抗的不对称对均流的影响，整流电路常采用三相桥式同相逆并联结构。整流装置损耗计算能确定整流装置的效率，为整流装置内冷却装置的选用和布置提供理论依据，也为整流装置的CAD设计打下理论基础。笔者根据某公司电化学整流电源装置的实际生产情况，计算得出该整流装置的实际损耗值和变电效率，作为该公司电能平衡测试项目的一个分支数据，并提供相关同行参考。

1．整流装置主电路接线

某公司于八十年代相继投入三台电化学整流电源装置，设计额定负荷64KA，额定电压400V，由2台ZHSZ-7750KVA/35KV整流变压器、1台ZHSFPJ-15500KVA/35KV整流变压器共带4台GHS-16KA/400V硅整流柜，单台整流柜6脉波同相逆并联，一次系统结构图如下：

35KV母线 3#整流变ZHSZ-10250/35 7750KVAY/△5－△112#整流变ZHSFPT-31500/35 15500KVAY±15°/△1#整流变7750KVAY/△5－△114#电抗器ZBK-46003#电抗器ZBK-46002#电抗器ZBK-46001#电抗器ZBK-4600 4#整流柜GHS-16000/400 3#整流柜GHS-16000/400 2#整流柜GHS-16000/400 1#整流柜GHS-16000/4002．整流装置的标准规定损耗

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根据JB-1500-75中规定的损耗以及氯碱行业旨在提高使用率考核而规定的附加损耗，主要包括：

① 整流元件正向损耗

② 主变压器、调压器、电抗器损耗 ③ 快速熔断器损耗

④ 整流机组内部连接导电排的损耗

⑤ 直到电解厂房隔墙为止的直流导电排的损耗 ⑥ 附属装置和其他零新损耗。

3．实用损耗计算

按运行总直流电流53KA，单柜直流电流13.25KA，直流电压364V运行工况。 3．1 整流柜的损耗计算 3．1．1 单柜元件损耗：

由于整流元件存在正向压降，且通以大电流，因此存在正向损耗，且数值较大，往往占到整流柜装置总损耗的80％左右。

硅元件选用 2P-1000A/1200V 根据公式

单柜元件损耗

2rp1pmkf(u0IaIA) n式中：p 桥臂数 取p=12

m 串联元件数 取m=1

kf 元件特性分散系数 取kf=1.2

u0 元件正向导通起始电压 取u0=0.8v

Ia

桥臂电流平均植 Ia=

11Id132502208A IA 66桥臂电流有效植IA3Ia327083825A

IF（AV） 元件额定正向平均电流 取 IF（AV）=1000A

UF（AV）元件正向平均电压降 取UF（AV）=0.6V r 元件平均增量rUF(AV)0.4IF(AV)0.60.40.2*103

1000n 并联元件数 n =10

则：

r0.21032p1pmkf(u0IaI)1211.20.82208382529.65KW n102A

3．1．2 单柜快熔损耗

快速熔断器与整流元件串联，起短路保护作用，一只快速熔断器保护一只元件。

快熔选用 RSF-1400A/500V 冷态电阻RRD=0.071m 根据公式

单柜快熔损耗

p2pRRD2IA1att0 n 式中： a 银的电阻温度修正系数 取 a=0.0035/℃ t 熔体运行温度 取t=120℃

2

t0 冷态温度 取t0 =20℃ IA 桥臂电流有效值 取 IA=3825A 则：

p2pRRD22

＝12×（0.071/10）×3825[1+0.0035（120-20）]IA1att0n＝1.68KW

3．1．3 单柜柜内连接导电排的损耗

并联的整流元件、快熔安装于母排，母排内流有冷却水。

整流柜单臂母排规格 120×10 mm2 直流汇流排规格 150×15 mm2

根据公式

22p3pIARacIdRdc

式中： IA=3825A

Id=13250A

2.61.86105

2120102 Rdc0.01720.38105

415015Rac=0.0172 则：

p31238251.86105132500.381053.94KW

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3．1．4 整流柜单柜总损耗：

pp1p2p329.651.683.9435.27KW

4台整流柜合计总损耗 p整4p435.27141.08KW

3．2 主变压器的损耗计算 3．2．1 整流1#、3#变的损耗

1#、3#整流变均为27级有载调压整流变压器，由于缺乏有载调压器的损耗数据表，故不考虑调压器的损耗，只计算变压器的空载损耗及负载损耗值。

按正反激磁接线的中性点有载分接整流变压器有功损耗计算。 3．2．1．1 变压器空载损耗根据公式：pTXn式中：

UpTXH2n

U2H2pTXn 任意分接位置的空载损耗 n=20,21,22 pTXH 额定分接位置的空载损耗

pTXH=18.4KW

U2n 二次侧任意分接位置的线电压有效值

U2H 二次侧额定分接位置的线电压有效值 U2H=339.98V 则：

289.22pTX2118.413.32KW339.98

2

3

pTX20280.7618.412.55KW

339.98297.6818.414.11KW

339.9822pTX22 得出1#、3#整流变空载损耗：pTX2pTX22214.1128.22KW 3．2．1．2 变压器负载损耗

IdpTKHpTKymin2pTKnpTKHy1I21ymindHpTKH=96.2KW

 式中：pTKH 额定分接位置负载损耗

pTKymin 二次电压最低分接位置负载损耗

ypTKymin=72.7KW

U2n280.760.826 n=20 U2H339.98U2n289.220.851 n=21 U2H339.98U2n297.680.876 n=22 U2H339.98 y y ymin 则

2300.676

339.98Id132500.828 IdH1600096.272.72pTK2096.20.82610.82868.43KW10.6762pTK2196.243.2810.8510.82870.00KW

2pTK2296.243.2810.8760.82871.49KW

得出1#、3#整流变负载损耗 3．2．1．3 1#、3#整流变有功损耗

pTK2pTK22271.49142.98KW

ppTXpTK28.22142.98171.20KW

3．2．2 整流2#变的损耗

2#整流变为27级有载调压整流变压器，由于缺乏有载调压器的损耗数据表，故不

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考虑调压器的损耗，只计算变压器的空载损耗及负载损耗值。

按正反激磁接线的中性点有载分接整流变压器有功损耗计算。 3．2．2．1 变压器空载损耗：

pTXnUpTXH2n

U2H2 式中：

pTXn 任意分接位置的空载损耗 n=6，7，8 pTXH 额定分接位置空载损耗

pTXH=37.09KW

U2n 二次侧任意分接位置线电压有效值

U2H 二次侧额定分接位置线电压有效值U2H=340V 则：pTX6297.737.0928.44KW

340289.237.9340280.337.9340222

pTX726.KW8

pTX825.KW21

得出2#整流变空载损耗： 3．2．2．2 变压器负载损耗：pTKnpTX=28.44KW

IdpTKHpTK.ymin2pTKHy121yminIdH  式中：pTKn 任意分接位置的负载损耗 n=6,7,8

pTKH 额定分接位置的负载损耗 pTKH=160.832KW

pTKymin 二次电压最低分接位置负载损耗pTKymin=131.829KW

yminy2300.676 340U2n297.70.875 n=6 U2H340U2n289.20.851 n=7 U2H340U2n220.30.824 n=8 U2H340

yyId0.83IdH

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160.832131.8292pTK6160.8320.87510.83123.21210.672160.832131.8292pTK7160.8320.85110.83121.36 210.672160.832131.8292pTK8160.8320.82410.83119.39210.672得出2#金属变负载损耗：pTKnpTKHIdpTKHpTK.ymin2y1I21ymindH  ＝123.21KW 3．2．2．3 2#整流变总损耗：

ppTXpTK28.44123.21151.65KW

3．3 饱和电抗器损耗

饱和电抗器串接与变压器和整流柜之间，作有载调压的细调使用。 3．3．1 电抗器的铜损 ：

2pcuIAR

IA3825AlR1tt0s 式中： s224030550mm240.810.0039575200.0000309550

Rcu0.0172pcu38250.0000309452.1W3．3．2 电抗器的铁损：

2pFek0p15GFe1.31.190128.7W p503．3．3 电抗器总损耗：

p412452.1128.727.88KW

3．4 交直流母排损耗

3．4．1 变压器至饱和电抗器之间的母排损耗：

R11.380.0172284.291052150152p10.82IdR10.8266254.291051.266KW p1412p160.77KW3．4．2 饱和电抗器至整流柜之间的母排损耗：

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R21.380.017222.11105150152p20.57766252.111050.308KW p2412p214.78KW3．4．3 正负闸刀至直流总母排之间的母排损耗：

R30.017210.004457520

49.5106415015

p3132509.51061.67KWp34p341.676.68KW23．4．4 总直流母排（至厂房隔墙为止）的损耗：

R011.240.0172R02 R03R04R0561.0710523002061.240.01725.3310643002031.240.01721.77106

63002031.240.01721.7710663002031.240.01721.5210673002022p01Id1R01132501.071051.88KWp02Id2R02265005.331063.74KW

22p03Id3R03397501.771062.80KW p04Id4R04132501.771060.31KWp05Id5R05530001.521064.27KW222222 则：

p42p01p02p3．4．5 交直流母排总损耗：

03p04p0521.883.742.800.314.27KW26.00p4p1p2p3p460.7714.786.6826.00108.23KW

3．5 其他损耗

因附属装置及其他零新损耗较小，在此忽略不计。

3．6 合计实用损耗值

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p总p整流柜p整流变p电抗器p铜排141.08171.20151.6527.88108.23600.04KW

4．效率及其他计算

变电效率

530003641030.97 35300036410600.04 整流柜损耗所占比例： P整流柜/P总＝141.08/600.04＝23.51％ 整流变损耗所占比例： P整流变/P总＝322.85/600.04＝53.80％ 电抗器损耗所占比例： P电抗器/P总＝27.88/600.04＝4.65％ 交直流母排损耗所占比例： P母排/P总＝108.23/600.04＝18.04％

5．结论

⑴ 为了抑制大电流磁场以及各部分阻抗的不对称对均流的影响，电化学电源整流装置通常采用三相桥式同相逆并联电路结构。

⑵ 电化学整流电源装置的损耗主要是整流变压器的损耗，而整流柜的损耗主要是元件正向损耗。

⑶ 电化学电源整流装置中，应用硅整流器替代汞弧整流器，并采用一定的节能技术改造后，变流效率可以达到97％左右。

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