電解鋁整流系統(tǒng)的諧波電流與無功功率
電解鋁整流系統(tǒng)的諧波電流與無功功率
摘要 主要講述的是電解鋁整流系統(tǒng)對供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量的影響，探討了如何選取整流系統(tǒng)諧波電流和無功補償裝置容量之間的聯(lián)系，其所得到的結(jié)果對濾波器的設計和電力系統(tǒng)的安全運行提供了參考依據(jù)。電解鋁所用的直流電源是利用大功率元件的整流系統(tǒng)取得的，同時電網(wǎng)受到了整流系統(tǒng)所產(chǎn)生出來的大量高次諧波的污染，在特定的情況下甚至會造成非特征諧波。如果不抑制超標的諧波和優(yōu)化較大的無功功率，將影響供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量和電解鋁整流系統(tǒng)的安全運行。
關(guān)鍵詞 整流；諧波電流；無功補償
在大功率元件的整流系統(tǒng)中，通常采用電容進行對其無功的補償。可是整流裝置會有大量的諧波電流產(chǎn)生，因而在配置無功補償裝置時所用的參數(shù)不科學，就會出現(xiàn)供電系統(tǒng)諧振或者諧波電流放大的現(xiàn)象。實踐經(jīng)驗證明，本現(xiàn)象直接受到裝置的設計參數(shù)和供電系統(tǒng)在運行方式的影響。所以，設計人員和運行人員最關(guān)注的問題就是諧波電流的科學控制和最優(yōu)的無功補償。
1 電解鋁整流系統(tǒng)的特征
電解鋁是以氧化鋁為原料，在冰晶石熔體中進行熔鹽電解的化學過程，其反應過程在電解槽中進行，通過電解提取金屬鋁的煉制過程[1]。其特征如下：
1）耗電量比較大
電解鋁工業(yè)生產(chǎn)消耗大量電能，素有“電老虎”之稱，原鋁直流電耗最低可達12 900kW·h/t·Al，它跟原料及其生產(chǎn)方法有很大的關(guān)系。
2）比較低的功率因數(shù)
電解鋁所使用的供電系統(tǒng)主要有調(diào)壓變壓器、整流變壓器和大功率元件整流系統(tǒng)，致使無功的消耗非常大，而功率因數(shù)卻很低。
3）供電可靠性的要求高
由于電解鋁是一個連續(xù)生產(chǎn)的過程，因而要有比較高的供電可靠性，一旦有短時的停電現(xiàn)象發(fā)生，在供電正常以后在很長時間內(nèi)電解鋁設備不能進行生產(chǎn)，只能耗電；可如果超過了一個小時，則不能再進行生產(chǎn)，嚴重的還可能使電解槽內(nèi)襯遭到破壞。通常來說，電解鋁每天所用電負荷率約96%左右，這就對供電有了更高的要求。
4）諧波帶來的污染比較厲害
3 電力電容器的作用
大功率元件的整流系統(tǒng)會造成電網(wǎng)的電流和電壓的波形同時出現(xiàn)畸變，所以諧波的治理和功率因數(shù)的提高這兩個問題是電網(wǎng)必須解決的問題。
我國當前主要采用的是就地治理的方法，主要是把電容器和電抗器所組成的調(diào)諧或高通濾波器組濾除系統(tǒng)中所含較大量的諧波，來減輕諧波所帶來的危害
[3]。在綜合運用設備時，可以考慮通過濾波器的電容器組補償無功，使功率因數(shù)得以提高，把電力設備的容量發(fā)揮至極點，使各種輸電的消耗減少到最小。
4 諧波治理和無功補償之間的聯(lián)系
在大功率元件的整流系統(tǒng)中，如果同一諧波源中某次的諧波電流產(chǎn)生感性無功，另外一次產(chǎn)生容性無功，會造成不同的諧波電流產(chǎn)生的無功互相補償。針對大功率電器的諧波源用戶，按照公式⑨算出的功率P值或許會比基波功率要小，也就是它所吸收的部分基波功率轉(zhuǎn)成諧波功率后再返還到電網(wǎng)，給其他的用戶帶來損害。有一部分的諧波會因為參數(shù)，非但不能減輕，反之被放大，而出現(xiàn)共振的現(xiàn)象。因此，在選擇濾波器組時，除了要考慮提高電蜂側(cè)的功率因數(shù)，同時還要避免諧振的出現(xiàn)[4]。
為了滿足系統(tǒng)無功補償?shù)囊�，可以采用的方法有�?）當濾波裝置的無功容量比需補償?shù)娜萘啃r，可以附加一般的并聯(lián)電容器組到不足的部分；2）當不存在諧振條件即電網(wǎng)的電抗值和并聯(lián)電容器的電容值所構(gòu)成的諧振頻率比較高而負載產(chǎn)生的諧波電流和母線的諧波電壓又很低時，此時，不需要考慮降低諧波值，但是標準并未給出劃分界線的具體數(shù)據(jù)。濾波裝置的容量要加大，使補償要求得到滿足。
5 結(jié)論
電解鋁整流系統(tǒng)是最大的諧波源，它造成了電網(wǎng)系統(tǒng)電流和電壓的波形畸變，系統(tǒng)功率因數(shù)也直接受到電流和電壓間的相移和電流電壓波形的畸變共同的影響。如果對功率因數(shù)過高地追求，則會使濾波器的濾波效果受到影響，嚴重的會造成諧波的諧振和放大[5]。
在設計此類裝置和系統(tǒng)時，除了保障系統(tǒng)足夠的功率因數(shù)和裝置的濾波效果外，還要把電網(wǎng)的發(fā)展狀況和電網(wǎng)的參數(shù)考慮進去，以免諧振的產(chǎn)生；作為運行人員，更要把不同運行方式的測試做好，從而能夠使設備經(jīng)濟、安全地得以運行。
參考文獻
[1]郭宏芳，張傳斌，梁永平.電解鋁整流供電系統(tǒng)中的無功補償及高次諧波的抑制[J].材料與冶金學報，2010，09(z1)：123-125.
[2]平祝華.電解鋁整流系統(tǒng)中的諧波研究[J].甘肅科技縱橫，2009，38(4)：
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