11.3 Электрооборудование электролизных производств

Питание электролизных установок постоянным током осуществляется от генераторов постоянного тока или полупроводниковых выпрямительных агрегатов, преобразующих переменный ток промышленной частоты в постоянный.

Регулирование напряжения должно обеспечить необходимую глубину и плавность. Наибольшая глубина регулирования необходима при пуске электролизных установок. Необходимая ширина диапазона регулирования достигается за счет переключения сетевой обмотки трансформатора со звезды на треугольник, параллельно-последовательным включением ее секций и т. д.

Выпрямительные агрегаты выполняются с неуправляемыми и управляемыми вентилями. Принципиальная схема силовой части показана на рис. 11.2. Две вентильные обмотки соединены треугольником, а две – звездой. Трансформатор питает четыре параллельно включенных вентильных блока БВ, выполненных по шестифазной мостовой схеме (схеме Ларионова).

Рисунок 11.2 – Схема силовой части вентильного преобразователя с неуправляемыми вентилями

Уравнивающие дроссели ДрУ₁ и ДрУ₂ предназначены для равномерного распределения токов между выпрямительными блоками, поскольку напряжение соединенных в треугольник обмоток трансформатора на 1 % выше напряжения обмоток, соединенных звездой.

Дроссели насыщения ДрН₁-ДрН₄ обеспечивают плавное регулирование напряжения.

Принципиальная схема выпрямительного агрегата с управляемыми вентилями (тиристорами) показана на рис. 12.3. Первичные обмотки трех однофазных трансформаторов Тр₁-Тр₃ соединены в звезду с помощью тиристоров, которые служат для плавного регулирования переменного тока. В агрегате применена двухконтурная система регулирования с внутренним токовым контуром и внешним – контуром напряжения. Регулятор тока РТ подключен к входу системы импульсно-фазового управления тиристорами – СИФУ. Неуправляемый анодный выпрямитель В питается от вторичных обмоток трансформаторов Тр₁-Тр₃, соединенных по схеме двойной трехфазной звезды. В нормальном режиме регулятор напряжения РН находится в насыщенном состоянии, а при увеличении напряжения на нагрузке выше заданного уровня корректирует суммарное значение выпрямленного тока.

Рисунок 11.3 – Схема выпрямительного тиристорного агрегата

Поскольку рабочие токи электролизных ванн достигают десятков и сотен килоампер, сечение шинопровода также получается большим – до 15 дм².

Коэффициент мощности агрегатов с неуправляемыми вентилями достаточно высок и зависит лишь от числа фаз выпрямления, проблема повышения его возникает при использовании управляемых вентилей. Компенсация реактивной мощности, генерируемой преобразовательными агрегатами, может производиться следующими методами: применением статических конденсаторов, использованием синхронных машин, применением продольной емкостной компенсации (ПЕК) реактивного сопротивления питающей сети, введением специальных схем с неуправляемыми вентилями (компенсационные выпрямительные агрегаты), а также эксплуатацией специальных схем управляемых вентильных агрегатов.

Оптимальная степень компенсации определяется по обобщенному критериальному показателю – нагрузочному КПД цепи электроснабжения, характеризующему активные потери энергии. Возникающие непроизводительные потери электроэнергии при компенсации реактивной мощности:

, (11.9)

где – потребляемая с шин подстанции реактивная мощность в нескомпенсированном режиме, квар; – активное сопротивление цепи от шин подстанции до шин бесконечной мощности системы, Ом; U_a – напряжение на шинах подстанции, кВ; ν – степень компенсации реактивной мощности.

Для преобразовательной подстанции эта формула имеет вид

, (11.10)

где – потребляемая с шин подстанции кажущаяся мощность, кВ А; φ_a – фазный угол сдвига тока и напряжения на шинах подстанции, – нагрузочный КПД цепи электроснабжения, рассчитанный с учетом активных потерь в токопроводах, трансформаторах и синхронных генераторах, связанных с выработкой реактивной мощности.

При использовании ПЕК нагрузочный КПД системы электроснабжения

_пек= _{а п г}, (11.11)

а при использовании компенсационных выпрямительных агрегатов

η_к = η_аη_г, (11.12)

где η_а – нагрузочный КПД участка радиальной цепи от шин системы до шин подстанции без учета постоянных потерь; η_п – нагрузочный КПД преобразовательной подстанции без учета постоянных потерь и потерь в вентилях и ошиновке; η_г – нагрузочный КПД генераторов, связанный с выработкой реактивной энергии.

Значение η_г = 0,995 можно принять постоянным. Значение η_п находят по величине потерь и перетоков мощности на участках, по которым проходит поток мощности рассматриваемой преобразовательной подстанции.

Экономический эффект Э (руб/год), определяемый степенью компенсации v:

=ЗS_asin² _ц)/ _ц- ], (11.13)

где З - удельные годовые затраты, руб/(кВт·год).

Оптимальная степень компенсации:

_опт=1 , (11.14)

где З=S_asinφ_аν – приведенные затраты в зависимости от степени компенсации, руб/год.

При ν_опт<0 компенсация реактивной мощности для данной преобразовательной подстанции неэффективна. Если ν_опт>0, то следует продолжить расчет по определению экономической эффективности компенсации реактивной мощности.