離子膜燒堿整流系統設備應用情況總結

劉文輝，陰其亮

（茌平信發華興化工有限公司，山東 聊城252125）

山東茌平信發華興化工有限公司30 萬t/a 離子膜燒堿裝置采用旭化成膜極距離子膜電解槽。配備的整流設備有5 臺GIS 型氣體絕緣封閉式開關、5 臺110 kV 直降式整流變壓器、10 臺可控硅整流柜、10 臺雙通道計算機整流控制柜、10 臺極化電源、10 臺純水冷卻裝置、2 臺上位機等組成，自2013 年12 月投產以來，運行平穩。

1 高壓供電系統

110 kV 高壓供電系統采用GIS 高壓組合電氣ZF10-126L/FES 型氣體絕緣金屬封閉式開關，運行方式采用雙母分段運行， 由110 kV II 段母線給#1—5 整流變供電。

整流變壓器共有5 臺，型號為ZHSSPT-28000/110，額定電壓110 kV、額定容量為28 000 kVA，采用27 級等差電壓有載調壓，冷卻方式為強迫油循環風冷，出線為雙側中下部出線。5 臺整流變壓器網側互差7.5°的電角度，組成單機組6 脈波，1 套整流系統2 機組構成等效12 相整流，5 套整流系統構成等效60 相整流，從而有效抑制了47 次以下的諧波，改善了系統電源質量。

2 整流柜

整流柜共有10 臺，型號為KHS-16.5 kA/680 V，后下進線、直流側上出線。每臺整流柜有2 組三相全控橋整流電路構成同相逆并聯聯結。其原理是將相位相同、極性相反的整流聯結自二次繞組到整流之間盡可能靠近裝配，從而使通過二者的電流在任何瞬間都大小相等，方向相反，各自產生的交變磁場在兩逆并導體之外相互抵消，從根本上解決大電流產生強交變磁場引起的局部發熱，電抗壓降增大及并聯元件之間電流不均衡等大電流整流設備存在的特殊問題，有利于提高機組效率和功率因數。

脈沖分配板將6 路脈沖隔離、耦合、送到每個整流元件控制極和陰極上。每個整流臂由4 個晶閘管整流元件并聯，與晶閘管元件串聯的快熔用作短路保護，當元件擊穿時，快熔過流熔斷，防止直流側短路。1 只快熔熔斷時，有相應臂元件損壞的故障報警，整流裝置仍能正常工作，同一橋臂的2 只快熔熔斷時，多快熔熔斷報警，并封鎖脈沖。與整流橋臂并聯的電阻用于吸收晶閘管的換相過電壓。電容C1-C6，壓敏電阻RV1-RV6在網側作星形連接，可吸收交流操作過電壓。臂過熱保護，每個橋臂溫度超過65 ℃時報警。整流柜冷卻回水溫度達到45 ℃時，水溫過高報警。當整流柜進水壓力低于0.08 MPa 或斷水時，水壓異常報警，如果在設定的延時時間內沒能消除故障，封鎖觸發脈沖。當整流柜輸出電流超過1.1 IdN 時，過載保護動作，過載報警，當負載發生短路或電流輸出超過1.3 IdN 時，則封鎖觸發脈沖，使直流輸出降到零，確保設備安全。

3 雙通道計算機整流控制柜

雙通道計算機控制柜共有10 臺，由雙通道控制系統、PLC 監控系統、人機界面及計算機網絡通訊接口組成。通過2 路現場通訊總線同時與2 臺上位機通訊對對整流器及輔助系統進行實時監控操作。

雙通道控制系統雙通道熱冗余技術，出發控制器全數字控制，抗干擾能力強，穩定性好。智能識別和濾除同步信號中的干擾，在同步信號波形畸變或強毛刺干擾情況下，也能可靠工作。具有同步和鎖定功能。在任一相同步信號丟失時，根據三相同步的線性相關性，用程序模擬產生的同步信號，使觸發脈沖不受影響，在所有同步信號都丟失時，鎖相環自動鎖定觸發脈沖1 s 以上，對于放置電網瞬間調電引起的擾動十分有效。2 個通道無擾動切換，可以不停機檢修、更換控制通道，設定運行參數。并具有電流反饋消失保護、回零保護、故障自診斷、電流線性軟啟動功能。

數字觸發控制器移相范圍為0～150°，觸發脈沖輸出為雙窄脈沖。同步信號取自整流變壓器閥側。自動穩流精度優于0.3%，當系統工作在自動穩流方式時，CPU 對電流給定信號和反饋信號相比較，將其偏差作PI 調節運算。當電網電壓或負載大小發生變化，經調節運算輸出一個相應的移相控制量UK 給觸發器。使觸發器輸出脈沖的相位a 角相應的改變，從而達到調整直流輸出電流，實現閉環自動穩流的目的。穩流過程簡述為：

CPU 對移相控制角與設定值比較， 超出范圍（a＞20°，a＜5°）就輸出整流變壓器升/降檔信號。雙通道熱備用控制器實時監測工作通道和備用通道是否工作正常。熱備用控制器出線故障時，數字觸發控制器仍能正常工作，可以通過后備給定旋鈕進行給定操作。

監控系統選用組態王6.53 作為主控單元，對整流器及輔助系統運行參數、狀態、故障進行檢測和操作。人機界面實時顯示控制角、電流給定值、整變溫度、純水溫度、純水水壓、整變內附CT 變換后的直流電流；顯示手動開環/直流穩流/交流穩流工作方式、A/B 通道工作狀態、有載開關檔位、每只快熔的工作狀態和每只橋臂溫度繼電器的狀態、純水冷卻器水泵、整變油冷卻器、直流隔離開關的狀態；實時故障報警顯示和歷史故障記錄。通過觸摸屏可以進行電流給定。手動開環/自動穩流切換、A 通道/B 通道切換操作和所有系統參數進行在線修改，達到“即改即用”的效果，更換備用通道后，可直接將工作通道的參數拷貝到備用通道。

雙通道計算機整流控制柜保護特性：a.發生單只快熔熔斷、冷卻水溫高、水壓異常等故障時，故障報警，并響鈴警告；b.發生電源缺相、過流、操作過電壓，整流臂過熱、多快熔熔斷、緊急停車、水壓異常（超過60 s）等故障時，故障報警，鳴笛警告，封鎖脈沖，使直流輸出降到零；c.開機時，監測到相序錯誤或缺相，封鎖脈沖，并在人機界面觸摸屏（HMI）顯示故障信息。

4 整流裝置計算機監控系統

整流裝置計算機監控系統由通訊網絡和2 臺上位機組成，構成分布式監視控制系統，負責對整個系統的協調和管理，顯示各種畫面、表格、報警信息和管理信息等；提供遙控搖調等操作界面，具有以下功能。

（1）實時數據采集。對整流器及輔機系統的運行參數進行監測、對整流及輔機系統的狀態進行檢測。

（2）操作控制。升/降直流電流；手動開環/穩流工作方式切換；A/B 通道切換；有載調壓開關升/降檔。

（3）人機界面。系統電氣主接線圖顯示，實時數據畫面顯示，實時數據曲線顯示，各種參數在線設定和修改。

（4）報表和歷史數據。運行日報、運行月報、歷史數據顯示和保存。

（5）運行記錄。設備投停記錄、操作記錄、保護定值修改記錄；保護信息：保護定制顯示及修改、保護動作信息及時間記錄。

5 純水冷卻裝置

純水冷卻裝置共有10 臺，型號為LSS-125B，每臺整流柜用1 臺純水裝置。純水冷卻裝置采用雙泵組合設計，二泵互為工作和備用，自動換向閥門單路輸出，且能不停機對故障泵進行檢修。

電氣控制部分具有動力切換控制功能，具有水溫、水壓、水質、流量、液位等數值顯示裝置和報警系統。工作泵萬一發生故障，另一臺水泵自動啟動工作。換向閥自動換向并發出信號。電源電壓波動水泵跳停，在電源恢復后，水泵能自動啟動，防止因電壓閃絡水泵停運，造成整流柜封鎖觸發脈沖事故。

換熱器組為單獨的不銹鋼板式換熱器，采用不銹鋼雙人字型波紋板式逆流結構，膠墊采用丁睛橡膠一次模具成型，具有很高的密封性、耐用性。2 臺換熱器組并聯安裝，互為工作和備用。可不停機對其中一臺進行清洗或檢修。

由于該公司的離子膜使用的純水水質完全滿足整流裝置的使用要求， 且供水管道距離整流室較近， 由純水工序通過不銹鋼管道直接引致純水高位箱，供純水冷卻裝置使用，可以節約離子交換器的投資。

6 運行情況

30 萬t/a 離子膜燒堿整流裝置投產后，運行的直流電流為14.85 kA，直流電壓約為550 V，變流效率高于97%，穩流精度優于0.2%，運行效果良好，所有數據均滿足裝置設計要求。整流裝置數字控制技術的使用，其技術性能對裝置的平穩可靠運行起了決定性的作用，大大地提高了控制系統的可靠性，使得離子膜燒堿裝置能耗降低，提高了整流供電系統的穩定性，增強了產品競爭力。