超高功率整流器短路電流的計算

摘要：超高功率整流器短路電流的計算對于其保護設計是必不可少的。本文通過一個實際的電化學工程項目，介紹了該超高功率整流器短路電流的計算方法，其計算值與實測值十分接近，證明了該計算方法的正確性。

關鍵詞：超高功率整流器;短路;短路電流計算

Calculation of Short Current of Superpower Rectifier

HUANG Da-hua, WU Tie-zheng

Abstract:It is necessary for the protection design of the superpower rectifier to calculate the short current. The calculation method of the short current for the superpower rectifier with the aid of a specific electrochemistry project is introduced. The calculated value approaches to the test value and the correctness of the calculation method is proved.

Keywords:Superpower rectifier; Short current; Calculation of short current

1 引言

眾所周知，電解鋁廠是能耗大戶。為了降低電解鋁的單產成本、便于集中治理其產生的環境污染與諧波污染、提高經濟效益和社會效益，現在電解鋁工程的設計年產量越來越高（如100kt,甚至更高）。因此，整流電源的功率隨之也越來越大。為了降低輸電系統的損耗、保證交流供電系統的穩定性，對于單系列年產100kt及以上的電解鋁工程，整流電源設備的網側多采用AC220kV高壓供電。于是，整流電源的供電系統短路容量也越來越大。

對于超高功率的整流設備，閥側短路電流值與整流器件能夠承受的浪涌電流（或I2t）及快速熔斷器的極限分斷能力是息息相關的。三者之間的保護配合是否合理，直接關系到整流電源設備能否安全可靠地運行。

整流器件的浪涌電流（或I2t）與快速熔斷器的I2t都可以從其產品說明書中查到，但整流電源系統的短路電流值是查不到的。整流電源系統的短路電流值取決于整流系統的短路阻抗和電力系統的阻抗之和，而后者又與電力系統的運行狀況和短路容量有關。因此，為了合理地選配整流器件和快速熔斷器的有關參數、并使之滿足系統保護的要求，必須計算整流設備的最大短路電流值。

本文以我國一個單系列年產140kt電解鋁的整流電源系統的實際數據為例，計算其橋臂短路（閥側短路）電流值和直流側短路電流值。整流電源系統的結構及有關電氣參數，如圖1所示。

圖1 整 流 系 統 結 構 和 技 術 參 數

2 整流電源系統短路阻抗計算

2.1 調壓變壓器阻抗

2.1.1 電阻分量RTB

1）根據文獻[1]，按短路損耗（折算至整流變壓器閥側）計算，其電阻分量RTB為：

RTB=△PTD/3(IZ2N)2

=463.06×103/3(4×15102)2

=0.042×10－3Ω=0.042mΩ

式中：△PTD——調壓變壓器短路損耗(額定容量下、油溫75℃)；

IZ2N——整流變壓器閥側額定電流，

IZ2N=37000/(2×1.225)=15102A。

2）按繞組實測直流電阻（折算至整流變壓器閥側）計算RTB。

在油溫為18℃的條件下，調壓變壓器一次側（Y形連接）各相繞組直流電阻ROA、ROB和ROC的實測值為ROA=ROB=ROC=761mΩ；在油溫為18℃、調壓變壓器二次側有載開關在額定分接擋位（78擋）的條件下，調壓變壓器二次側（△形連接）各相之間直流電阻Rab、Rbc和Rca的實測值為Rab=Rbc=Rca=92mΩ，調壓變壓器的電阻分量RTB為：

RTB=ROA/(kTBkZB)2＋Rab/2kZB2

=761/(3.627×57.76)2＋92/2×57.762

=0.031mΩ

式中：kTB=3.627——調壓變壓器的電壓變比（有載開關在額定分接擋位78擋的條件下）；

kZB=57.76——整流變壓器的電壓變比。

考慮到調壓變壓器實際運行狀況，取RTB=0.042mΩ更符合實際情況。