Меры по оптимизации эффективности выпрямительной системы
Выпрямительные системы включают множество разнообразного оборудования, поэтому на их эффективность влияет множество факторов. Поэтому при проектировании необходимо комплексный подход.
Повышение напряжения передачи для нагрузок выпрямителя
Установки выпрямителей — это высокомощные системы преобразования переменного тока в постоянный, требующие значительных мощностей. Потери при передаче напрямую влияют на эффективность выпрямителя. Увеличение напряжения передачи позволяет снизить потери в линиях и улучшить эффективность выпрямления. Обычно для заводов, производящих менее 60 000 тонн каустической соды в год, рекомендуется передача на 10 кВ (избегая 6 кВ). Для заводов, производящих более 60 000 тонн в год, следует использовать передачу на 35 кВ. Для заводов, производящих более 120 000 тонн в год, требуется передача на 110 кВ или выше.
Использование трансформаторов выпрямителей с прямым понижением напряжения
Аналогично принципам передачи, первичное (сетевое) напряжение трансформатора выпрямителя должно соответствовать напряжению передачи. Более высокое прямое понижение напряжения означает меньший ток в высоковольтной обмотке, что приводит к меньшим тепловым потерям и повышению эффективности трансформатора. Где это возможно, следует использовать более высокие напряжения передачи и трансформаторы выпрямителей с прямым понижением напряжения.
Минимизация диапазона изменения отводов трансформатора выпрямителя
Диапазон изменения отводов значительно влияет на эффективность трансформатора; меньший диапазон обеспечивает большую эффективность. Неразумно увеличивать диапазон (например, до 30%-105%) для облегчения поэтапного ввода в эксплуатацию. После полного запуска производства трансформаторы обычно работают на 80%-100%, оставляя лишние отводы, вызывающие постоянные потери. Диапазон 70%-105% является подходящим. Комбинирование переключения высокого напряжения звезда-треугольник и регулирования напряжения тиристорами может еще больше снизить этот диапазон до 80%-100%, значительно улучшая эффективность.
Использование маслонаполненных самозатухающих трансформаторов выпрямителей
Использование маслонаполненных самозатухающих трансформаторов позволяет сэкономить электроэнергию, потребляемую вентиляторами. Хотя производители часто проектируют крупные трансформаторы с принудительным масляно-воздушным охлаждением, радиаторы охлаждения можно просто увеличить. В сочетании с установкой на открытом воздухе для улучшения теплоотдачи, трансформатор будет надежно работать без принудительного охлаждения.
Применение "плоской интегрированной" установки для выпрямительного оборудования
Установка трансформатора выпрямителя, шкафа выпрямителя и электролизера в "плоской интегрированной" манере минимизирует длину шин переменного и постоянного тока, снижая резистивные потери и улучшая эффективность системы. Конкретно, все три блока должны быть расположены на одном уровне и как можно ближе друг к другу, образуя компактную единицу. Подключите выход сбоку трансформатора к шкафу выпрямителя шинами длиной менее 1,2 метра, и направьте нижний выход шкафа прямо к электролизеру через подземные шины.
Избегайте гибких соединений при установке шин
"Плоская интегрированная" планировка приводит к коротким шинным соединениям между трансформатором и шкафом, а также между ножевыми выключателями постоянного тока, минимизируя тепловое расширение. Жесткие соединения достаточно надежны, обеспечивая безопасность и исключая потери, связанные с гибкими соединителями и дополнительными соединениями, что улучшает эффективность.
Использование более низкой плотности тока шин
Экономически целесообразная плотность тока для шин переменного и постоянного тока составляет 1,2–1,5 А/мм². Выбор более низкой плотности (1,2 А/мм², или даже 1,0 А/мм²) оптимизирует энергосбережение.
Использование шин с соотношением высота-ширина более 12
Шины с соотношением высота-ширина, превышающим 12, имеют большую площадь поверхности для рассеивания тепла, что приводит к более низкой рабочей температуре, лучшей проводимости, меньшим резистивным потерям и более высокой эффективности единицы.
Нанесение вазелина на компрессионные соединения шин
Обеспечьте достаточную площадь контакта на соединениях шин (поддерживая плотность тока ниже 0,1 А/мм²), и поддерживайте плоскую, гладкую поверхность. Нанесите вазелин, чтобы предотвратить окисление меди и плохой контакт, что увеличивает потери мощности. Не используйте проводящую смазку, так как ее масляная основа испаряется при высоких температурах, вызывая затвердевание полупроводникового соединения и потерю проводимости, что приводит к дополнительному нагреву.
Правильный выбор шкафов выпрямителей с кремниевыми диодами
Шкафы выпрямителей с кремниевыми диодами на 3-4% эффективнее, чем шкафы с тиристорами. При параллельной работе нескольких шкафов выпрямителей использование одного кремниевого шкафа может дополнительно снизить потребление и повысить эффективность.
Использование шкафов выпрямителей с высокотоковыми устройствами
Использование 2-3 высокотоковых устройств на каждом мостовом плече улучшает распределение тока, снижает потери мощности устройств и повышает эффективность выпрямления.
Применение шкафов управления выпрямителями с числовым управлением (NC)
Числовое управление обеспечивает более точное срабатывание выпрямителя, меньшие пульсации постоянного напряжения и более стабильный постоянный ток. Это благоприятствует работе электролизера и повышает эффективность электролиза.
Работа тиристоров в режиме полного проводимости
Во время работы поддерживайте угол запуска тиристора ниже 10°, чтобы сохранять почти полную проводимость. Это минимизирует внутренние потери тиристорного выпрямителя и максимизирует его эффективность.
Снижение запасного угла шкафа тиристорного выпрямителя
Запасной угол (угол перекрытия) тесно связан с естественным коэффициентом мощности системы выпрямления. Меньший запасной угол приводит к более высокому коэффициенту мощности (особенно когда угол запуска α мал). При пусконаладочных работах минимизируйте запасной угол, обеспечивая надежную работу. Малый α поддерживает тиристоры в состоянии, близком к полной проводимости.
Использование двух или более трансформаторов выпрямителей параллельно
Для высокомощных постоянных нагрузок используйте два или более трансформаторов выпрямителей параллельно. Это снижает эквивалентную реактивность и циркулирующий ток при переключении трансформаторов, уменьшая общие потери и повышая эффективность.
Использование ножевых выключателей постоянного тока с более высоким номинальным током
Ножевые выключатели постоянного тока генерируют значительное количество тепла при полной нагрузке. Выбор выключателя с номинальным током на одну ступень выше обеспечивает экономию энергии. Например, используйте выключатель на 31 500 А для нагрузки 25 000 А, или выключатель на 40 000 А для нагрузки 30 000 А.
Использование энергоэффективных больших датчиков постоянного тока
Некоторые большие датчики постоянного тока требуют сетевого питания для сравнения с нулевым потоком, потребляя дополнительную энергию. Предпочтительнее использовать датчики Холла; они напрямую выдают сигнал постоянного тока 0–1 В на показывающий прибор, не потребляя дополнительную мощность.
Проектирование для многофазного выпрямления
Где это возможно, используйте многофазное выпрямление. Применяйте 6-импульсное выпрямление (трехфазный мост или двойная обратная звезда с согласующим реактором, оба в синфазном обратнопараллельном соединении) на одиночных трансформаторах. Для двух или более трансформаторов используйте эквивалентное 12-импульсное или 18-импульсное выпрямление. Это эффективно подавляет низшие гармоники, улучшая эффективность выпрямителя.
