全密封式大功率硅整流柜的設計思考與應用

孫靚

【摘要】本文主要針對電解或電化用大功率硅整流柜結構的特點及發展趨勢，提出全密封式大功率硅整流柜的設計思考和應用，旨在提高整流柜的防護等級和適應環境的能力，增加整流柜運行的安全性和可靠性。

【關鍵詞】全密封；防護等級；導電塵埃；散熱；安全性

一、大功率硅整流柜結構的現狀

大功率硅整流柜是目前電解、電化行業內經常使用的直流供電電源，它的性能及運行狀況對電解系統有著重要的影響。大功率硅整流柜多采用三相橋式同相逆并聯技術（也有采用非同相逆并聯的），其結構形式主要有傳統的臥式、立式、立式自撐，也有新型的分極式、單元式等等。不同形式的整流柜具有不同的特點，在此不一一說明。由于整流柜進線、出線、水路及二次管線等等諸多原因，上述整流柜基本上未進行或很難做到完全的密封處理。且在實際運行中，甚至有用戶為了能更好、更快地散去整流柜內元器件、導電排等的熱量，降低柜內空氣溫度，將相對密封較好的整流柜長期開門運行，這在一定程度上增加了整流柜運行的安全隱患。

隨著整流柜的運行電流和電壓值越來越高（國內已達到單柜50KA/1500V），以往的老式整流柜結構模式存在的不足有所顯現。電解、電化用大功率硅整流柜因其幾乎都使用在極其惡劣的環境下，通常都會有大量的導電塵埃或有害氣體，對整流柜的安全運行具有很大的危害。由于用戶現場的運行環境目前不能做到完全沒有導電塵埃或有害氣體，這就需要我們在整流柜的設計制造上進行更多、更大的改進和創新。

二、非全密封整流柜對預防事故的局限性

在常規整流柜的設計中，幾乎很少采用全密封結構。隨著整流柜的運行電流和電壓值的提高，非全密封整流柜的使用會有一定局限。通過多年來對行業內多起重大事故進行分析和總結，并與部分業內專業人士交流后，作者認為越來越高的直流電壓是主要原因，其次是未能很好地做到更高要求的安全防護。

以下是作者的分析依據（作者個人觀點，僅供參考）。

（一）發生事故的整流柜都為非全密封整流柜（以作者所知），塵埃的積聚較為嚴重；

（二）整流柜的正常使用維護要求定期清掃，但多數用戶因各種原因未能認真做到；

（三）直流電壓越高，安全防護要求越高。

（四）長期的有害氣體腐蝕和導電塵埃積附，破壞了原有的安全絕緣距離。

三、全密封式整流柜的設計思考

鑒于以上分析，可以得出這樣一個結論：在目前工業環境下，為了充分保障整流柜的安全運行，需要在其結構上留有更大的安全距離或加強其防護能力，限制擊穿、拉弧現象產生的條件，降低發生事故的可能性。

全密封式整流柜，顧名思義，是對整流柜進行整體全密封處理，包括進線、出線、水路及二次管線等，極大地加強了其防護能力，增加了安全性。該整流柜在設計上既借鑒了國內外先進的設計思路和成功經驗，又有自主創新的改進優化。其主要具有以下特點。

（一）防護等級高，達到IP52，甚至可高達IP65。可做到戶內和戶外都適用，尤其戶外使用時可節省大量的廠房等基建費用；

（二）運行時能隔絕柜內外空氣，杜絕柜內外空氣流動和塵埃的侵入，加長免維護周期；

（三）在保留原水水冷卻的基礎上增加水風冷卻系統及多點溫度檢測，充分降低柜內空氣溫度和氣體熱運動能力，抵消因全密封而造成的無空氣對流和外部環境對柜內溫度的影響，保證整流柜的正常工作溫度；

（四）可方便地與其他結構形式進行組合，充分發揮各自優勢，獲得很好的運行效果（如分極式全密封整流柜）；

（五）二次回路控制和儀表與主回路分開設計，加強了運行維護的安全性；

四、全密封式整流柜的設計實例

全密封式整流柜在設計制造時主要采取的具體措施如下：

（一）殼體全密封處理

柜門與殼體之間完全按照要求的防護等級設計，以避免有害氣體及帶電塵埃對柜內器件及母排進行侵害。

（二）高壓整流和低壓控制分開

高壓整流和低壓控制各自獨立且又相互連接在一起，所有整流柜的控制均可在低壓控制部分獨立進行，這能在最大程度上保證高壓整流部分獨立的密封性。

（三）交流、整流和直流分開

交流、整流和直流三部分均由絕緣玻璃布板分隔，交流與整流部分也用絕緣玻璃布板進行隔斷。

（四）增加水風冷系統

柜內除了保留常規純水冷卻外，還增加了水風冷卻裝置。因為全密封整流柜不可能通過自然的空氣對流的方式與外界環境進行熱交換，只有通過水風冷卻裝置對高壓整流部分進行送冷風，使柜內無法被純水帶走的氣體熱量在柜內快速進行冷熱交換，最大程度的降低密封后的柜內溫度，使之達到正常的工作溫度。

（五）裸露柜體之外導電排的處理

所有伸出柜外的交流輸入排、直流支路母排（包括其絕緣封板）不僅進行了絕緣板加橡膠密封條進行密封處理，同時也在其穿過絕緣封板的孔隙處涂以高性能的密封膠，以保證其良好的密封效果。正、負直流匯流母線因在柜外，為了加大安全系數，也進行了單獨的塑封處理。

五、結束語

隨著整流技術的進步和電解系統不斷提高的工藝、技術及運行要求，大功率硅整流柜的設計制造水平會不斷進步和提高。上述作者之管見，僅僅是對此提出的一些思考和探討（因為任何一種思路都不可能解決所有問題），望能起到拋磚引玉之作用。相信經過不斷努力改進而設計制造出的新式整流柜，可以給用戶提供多種選擇，能極大的滿足用戶的需求。同時也希望全密封式整流柜能得到有力推廣和被廣大用戶充分認可，其良好的使用效果會使其成為整流柜結構發展的一種趨勢。