Optimierungsmaßnahmen für die Effizienz des Gleichrichtersystems
Gleichrichtersysteme beinhalten eine Vielzahl und unterschiedliche Ausrüstungen, sodass viele Faktoren ihre Effizienz beeinflussen. Daher ist ein umfassender Ansatz während der Planung unerlässlich.
Erhöhung der Transmissionspannung für Gleichrichterlasten
Gleichrichtereinrichtungen sind hochleistungsfähige AC/DC-Wandlersysteme, die erhebliche Leistung benötigen. Transmissionsverluste wirken sich direkt auf die Gleichrichtereffizienz aus. Eine angemessene Erhöhung der Transmissionspannung reduziert die Leitungsspannungsverluste und verbessert die Rektifizierungseffizienz. Im Allgemeinen wird für Anlagen, die weniger als 60.000 Tonnen Laugensoda pro Jahr produzieren, eine Transmissionspannung von 10 kV empfohlen (Vermeidung von 6 kV). Für Anlagen über 60.000 Tonnen/Jahr sollte eine Transmissionspannung von 35 kV verwendet werden. Für Anlagen, die mehr als 120.000 Tonnen/Jahr überschreiten, ist eine Transmissionspannung von 110 kV oder höher erforderlich.
Verwendung von Direkttief-Gleichrichtertransformatoren
Ähnlich wie bei den Transmissionsprinzipien sollte die Primärnetzspannung des Gleichrichtertransformators mit der Transmissionspannung übereinstimmen. Eine höhere direkte Tiefspeisung bedeutet geringeren Strom in der Hochspannungswicklung, was zu geringeren Wärmeverlusten und höherer Transformatoreffizienz führt. Wo möglich, sollten höhere Transmissionspannungen und Direkttief-Gleichrichtertransformatoren verwendet werden.
Minimierung des Spannungsumschaltbereichs des Gleichrichtertransformators
Der Spannungsumschaltbereich beeinflusst signifikant die Transformatoreffizienz; ein kleinerer Bereich führt zu höherer Effizienz. Die willkürliche Erhöhung des Bereichs (z.B. auf 30%-105%) zur Vereinfachung der Phaseninbetriebnahme ist nicht ratsam. Nach dem vollständigen Betrieb arbeiten die Transformatoren in der Regel im Bereich von 80%-100%, wobei zusätzliche Umschaltwicklungen dauerhafte Verluste verursachen. Ein Bereich von 70%-105% ist geeignet. Durch Kombination von Hochspannungs-Stern-Delta-Schaltung und Thyristor-Spannungsregelung kann dieser Bereich weiter auf 80%-100% reduziert werden, was die Effizienz erheblich verbessert.
Verwendung von ölgetränkten selbstgekühlten Gleichrichtertransformatoren
Die Verwendung von ölgetränkten selbstgekühlten Transformatoren spart den elektrischen Energieverbrauch durch Lüfter. Obwohl Hersteller häufig große Kapazitätstransformatoren mit gezwungener Öl-Luft-Kühlung entwerfen, können die Kühlkörper einfach vergrößert werden. In Verbindung mit einer Freiluftinstallation zur Verbesserung der Wärmeabgabe bleibt der Betrieb des Transformators auch ohne gezwungene Kühlung zuverlässig.
Einführung einer "planaren integrierten" Installation für Gleichrichterausrüstung
Die planare integrierte Installation des Gleichrichtertransformators, des Gleichrichterschranks und des Elektrolyzers minimiert die Länge der AC/DC-Busleitungen, reduziert die Widerstandsverluste und verbessert die Systemeffizienz. Konkret sollten alle drei Einheiten auf derselben Ebene und so nah wie möglich zusammen platziert werden, um eine kompakte Einheit zu bilden. Verbinden Sie die seitliche Ausgangsleitung des Transformators mit dem Gleichrichterschrank über Busleitungen, die unter 1,2 Metern lang sind, und leiten Sie die untere Ausgangsleitung des Schranks direkt zum Elektrolyzer über unterirdische Busleitungen.
Vermeidung flexibler Verbindungen bei der Busleitungsinstallation
Die planare integrierte Anordnung führt zu kurzen Busleitungsverbindungen zwischen dem Transformator und dem Schrank sowie über DC-Messschalter, was thermische Ausdehnung minimiert. Starre Verbindungen sind ausreichend, stellen Sicherheit sicher und beseitigen die Verluste, die mit flexiblen Verbindern und zusätzlichen Verbindungen verbunden sind, was die Effizienz verbessert.
Verwendung einer niedrigeren Stromdichte der Busleitungen
Die wirtschaftliche Stromdichte für AC/DC-Busleitungen liegt bei 1,2–1,5 A/mm². Die Wahl einer niedrigeren Dichte (1,2 A/mm² oder sogar 1,0 A/mm²) optimiert die Energieeinsparungen.
Verwendung von Busleitungen mit einem Höhen-Breiten-Verhältnis größer als 12
Busleitungen mit einem Höhen-Breiten-Verhältnis, das 12 übersteigt, haben eine größere Oberfläche zur Wärmeabgabe, was zu niedrigeren Betriebstemperaturen, besserer Leitfähigkeit, geringeren Widerstandsverlusten und höherer Einheiteffizienz führt.
Anwendung von Vaseline an Druckkontakten der Busleitungen
Sicherstellen einer ausreichenden Kontaktfläche an den Busleitungsverbindungen (Stromdichte unter 0,1 A/mm²), und Aufrechterhaltung einer ebenen, glatten Oberfläche. Anwendung von Vaseline, um die Oxidation von Kupfer und schlechte Kontakte zu verhindern, die zu erhöhten Energieverlusten führen. Nicht die Verwendung von Leitfett, da dessen Ölbasis bei hohen Temperaturen verdampft, das halbmetallische Komposit härter wird und seine Leitfähigkeit verliert, was zu zusätzlicher Erwärmung führt.
Angemessene Auswahl von Siliziumgleichrichterschränken
Siliziumdiodegleichrichterschränke sind 3–4 % effizienter als Thyristorschränke. Wenn mehrere Gleichrichterschränke parallel betrieben werden, kann die Einbeziehung eines Siliziumschrankes den Verbrauch weiter senken und die Effizienz verbessern.
Verwendung von Gleichrichterschränken mit Hochstromgeräten
Die Verwendung von 2–3 Hochstromgeräten pro Brückenschicht verbessert die Stromaufteilung, reduziert die Geräteverluste und steigert die Rektifizierungseffizienz.
Einführung von numerisch gesteuerten (NC) Gleichrichtersteuerschränken
NC-Steuerung ermöglicht eine präzisere Gleichrichtersteuerung, kleinere Gleichspannungsschwankungen und höhere Gleichstromstabilität. Dies fördert den Betrieb des Elektrolyzers und verbessert die Elektrolyseeffizienz.
Betrieb von Thyristoren im Vollleitungsmodus
Während des Betriebs sollte der Feuerwinkel des Thyristors unter 10° gehalten werden, um nahezu vollständige Leitung zu gewährleisten. Dies minimiert die internen Verluste des Thyristorgleichrichters und maximiert seine Effizienz.
Reduzierung des Überschusswinkels des Thyristor-Gleichrichterschranks
Der Überschusswinkel (Überlappungswinkel) steht in enger Beziehung zum natürlichen Leistungsfaktor des Gleichrichtersystems. Ein kleinerer Überschusswinkel führt zu einem höheren Leistungsfaktor (besonders wenn der Feuerwinkel α klein ist). Bei der Inbetriebnahme sollte der Überschusswinkel minimiert werden, wobei ein sicherer Betrieb gewährleistet sein muss. Ein kleiner α hält die Thyristoren nahe am Vollleitungsmodus.
Verwendung von zwei oder mehr Gleichrichtertransformatoren in Parallelschaltung
Für hohe Gleichstromlasten sollten zwei oder mehr Gleichrichtertransformatoren in Parallelschaltung verwendet werden. Dies reduziert den äquivalenten Blindwiderstand und den Kreislaufstrom während der Transformatorübertragung, verringert die Gesamtverluste und verbessert die Effizienz.
Verwendung von DC-Messschaltern mit höheren Nennströmen
DC-Messschalter erzeugen bei vollem Lastbetrieb erhebliche Wärme. Die Auswahl eines Schalters mit einem Nennstrom um eine Stufe höher bietet Energieeinsparungen. Zum Beispiel sollte für eine 25.000-A-Last ein 31.500-A-Schalter oder für eine 30.000-A-Last ein 40.000-A-Schalter verwendet werden.
Verwendung energieeffizienter großer DC-Stromsensoren
Einige große DC-Sensoren erfordern einen Wechselstromversorgung für Nullflussvergleiche, was zusätzliche Energie verbraucht. Hall-Effekt-Sensoren sind vorzuziehen, da sie direkt ein 0–1-V-Gleichspannungssignal an das Anzeigegerät liefern, ohne zusätzliche Energie zu verbrauchen.
Planung für Mehrphasen-Rektifizierung
Wo möglich, sollte Mehrphasen-Rektifizierung eingesetzt werden. Verwenden Sie 6-Puls-Rektifizierung (dreiphasige Brücke oder Doppelinversionsstern mit Ausgleichsreaktor, beide in gleichphasiger inverser Parallelschaltung) bei einzelnen Transformator. Für zwei oder mehr Transformator verwenden Sie äquivalente 12-Puls- oder 18-Puls-Rektifizierung. Dies unterdrückt effektiv tiefere Harmonische, was die Gleichrichtereffizienz verbessert.
