Środki optymalizacyjne dla wydajności układu prostownika
Układy prostownicze obejmują wiele i różnorodnego sprzętu, dlatego ich wydajność zależy od wielu czynników. Dlatego podczas projektowania niezbędne jest kompleksowe podejście.
Zwiększanie napięcia przesyłanego dla obciążeń prostowniczych
Instalacje prostownicze to wysokomocne systemy konwersji AC/DC wymagające dużej mocy. Straty przesyłania bezpośrednio wpływają na wydajność prostownika. Właściwe zwiększenie napięcia przesyłanego redukuje straty w linii i poprawia efektywność prostowania. Ogólnie, dla zakładów produkujących mniej niż 60 000 ton soda liściowej rocznie, zalecane jest przesyłanie przy 10 kV (unikać 6 kV). Dla zakładów powyżej 60 000 ton/rok należy używać przesyłania przy 35 kV. Dla zakładów przekraczających 120 000 ton/rok wymagane jest przesyłanie przy 110 kV lub wyższym napięciu.
Używanie transformatorów prostowniczych z bezpośrednim obniżeniem napięcia
Podobnie jak w przypadku zasad przesyłania, napięcie pierwotne (sieciowe) transformatora prostowniczego powinno odpowiadać napięciu przesyłanemu. Wyższe bezpośrednie obniżenie napięcia oznacza mniejszą prąd w cewce wysokiego napięcia, co prowadzi do mniejszych strat ciepłowych i wyższej wydajności transformatora. Gdzie to możliwe, należy używać wyższego napięcia przesyłanego i transformatorów prostowniczych z bezpośrednim obniżeniem napięcia.
Minimalizacja zakresu zmiany skoków transformatora prostowniczego
Zakres zmiany skoków znacznie wpływa na wydajność transformatora; mniejszy zakres daje wyższą wydajność. Niewłaściwe zwiększenie zakresu (np. do 30%-105%) dla ułatwienia etapowego uruchamiania jest niezalecane. Po pełnym uruchomieniu produkcji transformatory zwykle działają w zakresie 80%-100%, pozostawiając dodatkowe skoki cewek powodujące stałe straty. Zakres 70%-105% jest odpowiedni. Łączenie przełączania gwiazda-trójkąt pod wysokim napięciem i regulacji napięcia tycristorami może jeszcze bardziej zmniejszyć ten zakres do 80%-100%, znacznie poprawiając wydajność.
Używanie transformatorów prostowniczych z olejem chłodzącym samoczynnie
Używanie transformatorów z olejem chłodzącym samoczynnie oszczędza energię elektryczną zużywaną przez wentylatory. Choć producenci często projektują duże transformatory z wymuszonym chłodzeniem oleju-wiatr, radiatory chłodzące mogą być po prostu powiększone. Połączenie z instalacją na świeżym powietrzu, aby zwiększyć odprowadzanie ciepła, gwarantuje niezawodną pracę transformatora bez wymuszonego chłodzenia.
Przejęcie "planarnej integracji" instalacji sprzętu prostowniczego
Instalowanie transformatora prostowniczego, szafy prostowniczej i elektrolizera w sposób "planarnie zintegrowany" minimalizuje długość busów AC/DC, zmniejszając straty oporne i poprawiając wydajność systemu. Szczególnie, umieszcz wszystkie trzy jednostki na tym samym poziomie i jak najbliżej siebie, tworząc zwarte urządzenie. Podłącz wyjście boczne transformatora do szafy prostowniczej busami krótszymi niż 1,2 metra, a wyjście dolne szafy bezpośrednio do elektrolizera poprzez podziemne busse.
Unikanie elastycznych połączeń przy instalacji busów
Układ "planarnie zintegrowany" powoduje krótkie połączenia busów między transformatorem a szafą, oraz między przełącznikami nożowymi DC, minimalizując rozszerzenie termiczne. Twardych połączeń jest wystarczająco, zapewniając bezpieczeństwo, jednocześnie eliminując straty związane z elastycznymi połączeniami i dodatkowymi spoinami, co poprawia wydajność.
Używanie niższej gęstości prądu w busach
Ekonomiczna gęstość prądu dla busów AC/DC wynosi 1,2–1,5 A/mm². Wybieranie niższej gęstości (1,2 A/mm², a nawet 1,0 A/mm²) optymalizuje oszczędności energii.
Używanie busów o stosunku wysokości do szerokości większym niż 12
Busse o stosunku wysokości do szerokości przekraczającym 12 mają większą powierzchnię do odprowadzania ciepła, co prowadzi do niższych temperatur pracy, lepszej przewodności, mniejszych strat opornych i wyższej wydajności jednostkowej.
Stosowanie wazeliny do spoin spresowanych busów
Zapewnij odpowiednią powierzchnię kontaktową w spoinach busów (utrzymuj gęstość prądu poniżej 0,1 A/mm²) i utrzymuj płaską, gładką powierzchnię. Stosuj wazelinę, aby zapobiec utlenianiu miedzi i złemu kontaktem, co zwiększa straty mocy. Nie używaj smaru przewodzącego, ponieważ jego bazowy olej paruje przy wysokich temperaturach, powodując, że półmetalowy związek twardnieje i traci przewodność, co prowadzi do dodatkowego ogrzewania.
Wybieranie odpowiednich szaf prostowniczych z diodami krzemowymi
Szafy prostownicze z diodami krzemowymi są o 3–4% bardziej wydajne niż szafy z tyristorami. Gdy wiele szaf prostowniczych działa równolegle, włączenie jednej szafy z diodami krzemowymi może dalej zredukować zużycie i poprawić wydajność.
Używanie szaf prostowniczych z urządzeniami wysokoprądowymi
Używanie 2–3 urządzeń wysokoprądowych na ramię mostka poprawia rozdział prądu, redukuje straty mocy urządzeń i zwiększa wydajność prostowania.
Przejęcie szaf kontrolnych prostowniczych sterowanych numerycznie (NC)
Sterowanie NC umożliwia bardziej precyzyjne wyzwalanie prostownika, mniejsze drgania napięcia DC i wyższą stabilność prądu DC. To korzystnie wpływa na pracę elektrolizera i poprawia efektywność elektrolizy.
Działanie tyristorów w trybie pełnej przewodności
W trakcie działania, utrzymuj kąt wyzwalający tyristora poniżej 10°, aby zachować bliską pełną przewodność. To minimalizuje wewnętrzne straty prostownika tyristorowego i maksymalizuje jego wydajność.
Redukcja marginesu kąta szafy prostowniczej z tyristorami
Margines kąta (kąt nakładu) jest ściśle związany z naturalnym współczynnikiem mocy układu prostowniczego. Mniejszy margines kąta daje wyższy współczynnik mocy (zwłaszcza gdy kąt wyzwalający α jest mały). Podczas komisyjnego uruchamiania, minimalizuj margines kąta, jednocześnie zapewniając niezawodne działanie. Mały α utrzymuje tyristory blisko pełnej przewodności.
Używanie dwóch lub więcej transformatorów prostowniczych równolegle
Dla obciążeń DC o wysokiej mocy, używaj dwóch lub więcej transformatorów prostowniczych równolegle. To redukuje równoważną indukcyjność i prąd cyrkulacyjny podczas transferu transformatora, zmniejszając całkowite straty i poprawiając wydajność.
Używanie przełączników nożowych DC o wyższych nominalnych prądach
Przełączniki nożowe DC generują znaczne ciepło pod pełnym obciążeniem. Wybieranie przełącznika o nominalnym prądzie o jeden stopień wyższym zapewnia oszczędności energetyczne. Na przykład, użyj przełącznika 31 500 A dla obciążenia 25 000 A, lub przełącznika 40 000 A dla obciążenia 30 000 A.
Używanie energooszczędnych sensorów dużych prądów DC
Niektóre duże sensory DC wymagają zasilania AC do porównania zerowego pola, co zużywa dodatkową energię. Preferowane są sensory efektu Halla; one bezpośrednio wydają sygnał DC 0–1 V do instrumentu wyświetlającego, nie zużywając dodatkowej mocy.
Projektowanie dla wielofazowego prostowania
Gdzie to możliwe, używaj wielofazowego prostowania. Używaj prostowania 6-pulsowego (mostek trójfazowy lub podwójna odwrotna gwiazda z reaktorem balastowym, oba w antyparallelu fazy) na pojedynczych transformatorach. Dla dwóch lub więcej transformatorów, używaj równoważnego prostowania 12-pulsowego lub 18-pulsowego. To skutecznie tłumione harmoniczne niskiego rzędu, poprawiając wydajność prostownika.
