可控硅整流器在鹽湖提鋰中的選型及應用

解占孝++李斌壽++董守龍++丁林

摘 要：可控硅整流設備是采用可控硅把交流電變成大小可調的直流電的設備，可控硅為工作元件，具有節(jié)能無震動、無噪聲、體積小、重量輕、整流效率高、調節(jié)范圍寬、操作維修方便等優(yōu)點。近年來，隨著可控硅整流元件質量和容量的提高，可控硅整流裝置的性能也有了進一步改善。本文闡述了利用離子交換膜電解提鋰技術中電解整流器的應用，詳細講述了整流器的組成、選型、容量計算及自控控制等內容。讓更多鹽湖電解提鋰行業(yè)技術人員了解和掌握可控硅整流器在鹽湖提鋰中的應用。

關鍵詞：鹽湖電解提鋰；可控硅整流器；選型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.020

1 引言

青海鋰業(yè)有限公司是一家主要從事從鹽湖中提取碳酸鋰的企業(yè)，利用東臺吉乃爾鹽湖高鎂鋰比鹵水為原料，鹵水通過離子交換膜在直流電場的作用下選擇性透過離子交換膜濃縮提鋰。整流器作為離子交換裝置的動力能源，直接影響著產品的質量和成本。公司之前對車間的生產工藝不熟和設備的選型不當，導致可控硅導通角低，功率因數(shù)低，無功高，諧波電流大，設備發(fā)熱嚴重，電耗高等問題導致車間產量無法提高，生產成本高，嚴重制約著公司的發(fā)展。在二期項目建設中，為了突破車間生產瓶頸和提高整流效率、降低生產成本，公司對國內的整流器廠家進行了調研、探討，經(jīng)過不懈的努力與廠家人員溝通，研究，最終采用湖南湘潭電機股份有限公司的XJKHS-1000/600整流器。

2 XJKHS系列整流器的構成及工作原理

整流器主要分為主回路和控制、檢測、保護回路組成，主回路主要由整流變壓器、有載調壓開關、低壓交流斷路器、快速熔斷器、大功率晶閘管等構成；控制、檢測、保護回路主要由XJKDQ6全數(shù)字控制觸發(fā)器、PLC、繼電器、變送器、數(shù)顯表等構成；其工作原理是將110kv供電電網(wǎng)提供的高壓交流電，經(jīng)調壓變壓器和有載分接開關降壓調壓后，送到整流變壓器進行在降壓，經(jīng)6個雙向逆并聯(lián)晶閘管和平衡電抗器變換成連續(xù)可調的直流電，為電解槽提供直流電流，以滿足電解槽的供電要求。

3 設備電氣參數(shù)計算和選型

（1）設備工作電壓選擇時應考慮生產工藝要求和增加產量因素，工作電壓按工作值（假設電壓為400V）的1.5倍計算，

（2）考慮到海拔和氣候因素： 設備選型考慮1.3倍電流過載能力.

設備選型工作電流IN=480*1.5*1.3=936A≈1000A

設備實際工作電流In=480*1.5*=720A

（3）理想空載直流電壓：

（4）整流變壓器閥側電壓Uvo

（5）晶閘管兩端反向重復的峰值電壓Urrm

整流柜額定輸出時，元件兩端峰值電壓Udrm

Udrm= Uvo=×493=697（V）

整流元件的電壓安全裕量Kau≥3.5

晶閘管兩端實際的重復峰值電壓為：

3.5×Udrm=3.5×697=2439（V）

取反向重復峰值電壓Urrm =3000（V）。

（6）晶閘管電壓安全裕量Kau

Kau=Urrm/ Udrm ==3000/697=4.30（倍）

（7）臂平均工作電流IA（AV）

IA（AV）=IdN/（N×3）=720/（1×3）=240（A）

（8）元件電流安全裕量Kai

取晶閘管電流為1500A，不考慮導通角波形系數(shù)時，取NP=1

Kai = IT（AV）×Np / IA（AV） =1500×1/240=6.25（倍）

則 Np =1，每柜共需元件數(shù)為：N=6×1=6（只）

（9）快速熔斷器選擇高分斷能力RSK-800A/1000V單體快熔；

（10）整流效率的計算

整流元件損耗 Pfd

Pfd=[Vto×If（AV）+（360°/λ） ×Rto×If（AV） 2] ×N

=[0.68×240+（360°/120°）×（0.04/1000） ×240 2]×6

=1020（W）

式中：

Vto—KP-1500A/3500V元件的門檻電壓，Vto=0.68V，（Tjm=125℃）

Rto—斜率電阻，Rto =0.040（mΩ）， （Tjm=125℃）

If（AV）—整流柜額定輸出時流過每只元件的電流，本整流裝置中，

If（AV）=720/（1×3×1）=240（A）

λ—整流元件在本電源中的實際導通角，λ=120°

N—每臺整流柜內安裝元件的總數(shù)，N=6

其它損耗為Pqd按工程考慮為整流元件損耗 Pfd的30%

Pqd= Pfd*0.3=1020*03=306W

額定直流輸出功率Pdc=Udn×Idn=720×600=432（KW）

整流部分的整流效率 η=1- （Pfd+Pqd）/ Pdc =99.78%

4 綜合自動化系統(tǒng)

整流綜合自動化系統(tǒng)，由二臺上位機系統(tǒng)互為冗余，30臺S7-200可編程控制器組成，可控制30臺整流柜，通過DCS上位機以太網(wǎng)與整流系統(tǒng)上位機通信，上位機與PLC通過PROFIBUS網(wǎng)通訊，用于采集信號、給定電流、給定控制。當機組運行中有1臺整流柜有故障或需停機檢修時，綜合自動化系統(tǒng)可設定相應整流柜退出，不影響其他整流柜運行。DCS可通過整流系統(tǒng)上位機下傳命令至PLC，控制整流器自動給定數(shù)據(jù)，以控制各整流柜的穩(wěn)壓或穩(wěn)流，保證系統(tǒng)各種技術指標滿足生產要求。

5 結論

采用可控硅整流器后，顯著提高了輸出效率，同時有效的降低了整流柜的溫升，滿足了在鹽湖電解提鋰生產中的連續(xù)性，高可靠性、高穩(wěn)定度、高效率等指標要求；同時，該套整流裝置的成功運用，大大提高了整流設備的整體利用率，降低了操作人員的工作強度和誤操作率，保證了整流裝置的安全、穩(wěn)定、高效運行。

參考文獻：

[1]湘潭電機股份有限公司整流器說明書[S].

[2]可控硅整流器及應用[M].天津人民出版社.

作者簡介：解占孝（1985-），男，青海西寧人，本科，助理工程師，研究方向：電子信息工程技術。