实例分析自饱和电抗器的应用(上)

      摘 要：从稳流、调压及直流绕组的I作原理出发，论述了自饱和电抗器的基本物理性钷，阐述了本单位自饱和电抗器改造关键参数的选择计算及成功的改造实践。

      1、概述
      在电化学生产工艺过程中，由于电网电压的渡动，电解槽端电压的变化或需对电解槽数目增减等原因、导致实际电解电流值偏离理想电流值。因此．必须及时调整整流装置的输出电压以达到稳流的目的．现在广泛采用的方式有幅值调压(有载调压)及相位调压(自饱和电抗器及晶体管调压)。

      整流装置配备的调压变压器，具有调压范围大和二次输出电流恒定这样两个基本特点，为了满足一定的调压范围，调变的基本绕组和调压绕组之间，通过有载开关、无载开关的不同组合实现特定的电路接线模式。

      对自饱和电抗器的调压范围。有如下要求：
      1.1 在有载分接开关的直流级差电压范围内起细调作用。
      1.2 不小于有载分接开关的两个直流级差电压 以减少有载开关的动作次数。
      1.3 校正由于电同电压的短时波动所 『起的直流电流波动。
      1.4 校正平衡机组间或同机组各整流柜间的负载分配不匀。
   
      2 改造前现状简介
      我公司铝冶炼厂整流所为825V、60kA 整直系统、整流变压器采用ZHSPTKB-53000kVA／1lokV直降、主串变调压方式．有载恒磁通调压。调压范围为l0 ～105 。有载开关采用德国MR公司、M Ⅲ500型27级有载开关，中间增加一个无载倒段开关，组合而成可调54级。整变低压出线侧串有自饱和电抗器60V，低压线圈采用双Y、双△ 接线，并增设了Y、△ 平衡自饱和电抗器40V，为了抑制高次谐波量，单台变压器整流12相，三组调变一次侧各移相一100，+lO。。三组并联运行时可实现等效36相，硅整流柜采用ZHS-35000/825V三组六台，单台设计电流17500A。

      该系统自1987年投入运行以来，在主回路硅柜及稳流系统中存在很多问题，不能达到设计要求。近几年连续出现几次事故，严重影响了电解安全生产。原系统的制造厂家在平衡、稳流方案选择上拘泥于理论上的周全完善，但没考虑能否在生产上实用。稳流选用了三个(PID)调节系统，引入了左右柜电流及其左右柜差值等三个互相联系又互相矛盾的反馈量。此控制方法在饱和电抗器这样的大惯性调节系统中是找不到稳定区域的，总是处于变化状态。在手动和自动调压过程中，多次出现压敏电阻、可控硅元件、线路端子击穿，平渡电抗器在435A电流以上即出现啸口q、刚烈震动等情况 平常操作只能手动稳流，且线性度太陡．不能达到平滑调整电流的目的．控制电流离10~20A 的线性区相去甚远，平波电抗器电感值偏小阪为24×2mH，换相时感应电压峰值过高．现场实测感应电压峰值要大于5000V。

      为了减少改造投资． 尽量利用原设备，我们与设计院和制造厂家充分协商，决定对六台ZBK-5052／10×l0+6o自饱和电抗器进行改造．主导思想是充分利用原设备设计容量大．调压范围大的特点，减少控制和位移绕组的匝数，增大控制电流，以达到平稳调压的目的。自饱和电抗器稳流系统的改造采取如下方案。
   
      2．1 每组整流装置平衡绕组采用一套手动控制装置。
      2．2 每台单柜自饱和电抗器控制绕组及位移绕组均独立控制，位移绕组仅设手动控制。控制绕组设手动和自动两部分并可相互切换。

      3 自饱和电抗器的工作原理
      自饱和电抗器是磁化电抗器的一个分支，是磁放大器的一种类型。磁放大器的作用原理是基于直流磁化时．其铁心上的导磁率 ( —B／H)要发生变化，当交流绕组(工作绕组)的电阻为R～，电感为I 时．交流回路的电流I～可用下式表达。

      从以上两式可以看出，交流绕组的负载电流I～ 决定于磁路的导磁系数，即设法改变值，就可达到调节负载电流的目的。为了增大自饱和电抗器的电压调节范围．一般电抗器由三个绕组组成．即工作绕组，控制绕组和位移绕组见图l。

      工作绕组是饱和电抗器的主绕组，但如仅有工作绕组而无控制绕组，则初始磁密B。一0，磁密变化量等于饱和磁密(~B-B )， 因而饱和角为某一定值而不可调。控制绕组的作用在于．当调节控制绕组电流时，能调节铁芯初始磁密B。值，从而使磁通变化量AB—B -B．饱和角和工作绕组电抗均可控。但如控制绕组电流只能作单方向数值的调节，1 =0时．B。一0．AB=B 一B。一B ．在这种情况下，饱和角(即控制角 )调节范围有限，不能大范围调节。

      为了充分利用铁芯磁化特性，增大调压范围．使~B-B 一(一B )一2Bb，则必须使H从+H 变到一H ，相应地使控制绕组电流从+T 变到一T ．因此通常在自饱和电抗器上增设位移绕组．在其直流磁势作用下，铁芯予先达到饱和状态，这样可以在单方同调节控制绕组电流值时．能得到最大控制角。饱和电抗器三种绕组的安匝关系见图2。当1 一0时，若位移绕组的安匝使铁芯已在饱和点(此时B0=氏)．在工作绕组开始导电时．其安匝极性与位移绕组安匝同方同，则芯完全饱和，于是控制角 0，调压深度AUd=0。当控制电流从0向一2I 方向增大时，自饱和抗器初始磁密B0以+B 到一B 之间变动，1 1昕以当1 W 一-I w 时，铁蕊磁通变化的量为告△=B ，调压深赛为△ud=寺△u 而当控制绕组安匝为一2I w 时．则调压深度为最大AUd=△U 。三相桥式电路自饱的电抗器和接线，如同 r代丽出一组控制绕组)。