摘要：簡要敘述整流裝置穩(wěn)流的重要性及自動穩(wěn)流裝置在整流系統(tǒng)中的應用。介紹了自動穩(wěn)流裝置的結構、性能、計算機控制技術和負反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。
關鍵詞：整流；自動穩(wěn)流；整流變壓器；晶閘管整流柜；數(shù)字觸發(fā)調節(jié)負反饋
1 自動穩(wěn)流系統(tǒng)簡介
　　自20世紀9O年代以來．隨著大功率晶閘管整流裝置的推廣應用和引進離子膜電解裝置的相繼投產，為直流輸出電流作自動調節(jié)的自動穩(wěn)流裝置也逐漸成熟。在氯堿生產中，由于直流電流、高壓電網(wǎng)的波動、電解槽數(shù)目的增減等都直接影響電解槽的穩(wěn)定運行。直流電流的不穩(wěn)定輸出也影響到電流效率的變化．造成電解產品的單耗加大。而晶閘管自動穩(wěn)流裝置將很好地解決這一問題，它能穩(wěn)流輸出直流電流并且同計算機自動控制技術一起達到精確的穩(wěn)流效果。
　　目前，以大功率整流設備輸出電流作為調節(jié)對象的自動穩(wěn)流系統(tǒng)有3種方式，一種為安培．時式自動穩(wěn)流系統(tǒng)，另一種為比例式自動穩(wěn)流系統(tǒng)，還有一種是計算機自動穩(wěn)流系統(tǒng)。安培．時式自動穩(wěn)流系統(tǒng)是可獲得較高精度的長時間內平均電流值的調節(jié)系統(tǒng)，這種調節(jié)系統(tǒng)的響應速度慢、慣性大，不適宜在電化學工業(yè)整流所內應用。比例式自動穩(wěn)流系統(tǒng)是反應瞬時電流值變化的調節(jié)系統(tǒng)，慣性小、響應速度快．這種調節(jié)系統(tǒng)的性能比較適合電化學過程。另外．新型的計算機自動穩(wěn)流系統(tǒng)是利用計算機自動控制原理來穩(wěn)流的。閉環(huán)負反饋通過CPU內部邏輯運算來達到精確控制輸出電流。
2 可控硅穩(wěn)流裝置的結構
2．1可控硅穩(wěn)流裝置的組成
　　可控硅穩(wěn)流系統(tǒng)由整流變壓器、可控硅整流裝置、極化電源、計算機雙通道控制柜等組成。在吳華宇航化工有限公司工程建設過程中．電解槽要求分期、分批投入運行，投入生產的電解槽數(shù)量不同，就要求整流機組輸出的電流、電壓也不同。使用可控硅直降式整流機組時，由于一開始運行的電解槽數(shù)量要求的直流電壓低，可控硅整流機組處于深控狀態(tài)。這時，可控硅的控制角盯很大，整流機組產生的諧波電流大，電網(wǎng)電壓波形嚴重畸變，功率因數(shù)很低，可控硅整流機組震動嚴重，這是可控硅整流裝置使用的主要風險。而采用有載調壓整流變壓器和可控硅整流裝置結合的整流機組，可控硅整流裝置實現(xiàn)了單機組的直流電流控制，使電流調節(jié)為連續(xù)無級調節(jié)。只要將整流變壓器的調壓開關調到合適的檔位，使整流機組的交流電壓降低，可控硅整流機組工作在控制角盯接近零的狀態(tài)。這時整流機組的工作情況與二極管整流機組的工作情況基本相同，這樣就可以避免使用可控硅帶來的風險。
2.2整流變壓器
　　整流變壓器采用ZHSFPZ一13600／35型27級有載調壓變壓器，結構為1臺變壓器帶2臺整流柜，整流變壓器均采用自耦中性點調壓接線方式。閥側（二次）繞組為兩組正反角接的方式。網(wǎng)側額定電壓為35kV，閥側直流電壓為430V，阻抗電壓=8％，等效脈波p=6，2臺整流變壓器網(wǎng)側為 7．5°、22．5°互差15°的電角度，組成單機組12脈波，2套機組構成等效24相整流，從而有效地抑制了23次以下的諧波，改變了系統(tǒng)電源質量。
　　整流所現(xiàn)安裝4臺整流變壓器帶8臺整流機組。為了避免晶閘管整流使功率因數(shù)降低，采用有載調壓粗調，控制觸發(fā)角作為細調相結合的調壓方式，當導通角小于升檔設定值時上位機提示進行升檔，避免因導通角自動聯(lián)動，有載調壓開關頻繁換檔而降低開關的壽命。
2．3整流柜
　　整流柜采用KHS一13500A／430V型，二期采用KHs_18000A／430V型，直流額定電流分別為13．5kA和18kA。為三相橋式同相逆并聯(lián)接線方式，柜內匯流整流電路的整流器件和保護元件分別采用KP3000A／1600V型晶閘管和RSG_6D-500V／3600A型快熔，每橋臂采用3只晶閘管并聯(lián)，整流柜電流與電壓裕度均大于3，同臂均流系數(shù)>10．9，工業(yè)水強迫循環(huán)冷卻。晶閘管整流裝置的效率較高，約為97％，晶閘管一個重要的特點是輸入電流有諧波，這是由于觸發(fā)角產生無功，因此需要進行諧波及無功補償。該整流框優(yōu)點為高效率、高可靠性、負載電流控制好，成本低，技術成熟。缺點為產生無功、產生電流諧波、需要使用濾波器電流有紋波。
2．4雙通道計算機控制柜
　　采用RICS一5D型號雙通道計算機控制柜，控制系統(tǒng)采用計算機控制，主要由雙通道計算機觸發(fā)及穩(wěn)流系統(tǒng)、PLC監(jiān)控與綜合保護系統(tǒng)構成。通過網(wǎng)絡實現(xiàn)在上位機上操作和監(jiān)控，與DCS系統(tǒng)互聯(lián)。自動穩(wěn)流精度優(yōu)于±0．5％。移相范圍0～150。，采用沉冗技術，當運行通道發(fā)生故障時自動切換到熱備用通道，切換過程無電流擾動，可以不停電更換故障通道，更換過程無電流擾動，數(shù)控操作器和數(shù)字調節(jié)觸發(fā)器及雙通道熱備用控制器用簡潔可靠的微型網(wǎng)絡互聯(lián)，自動檢測數(shù)控操作器的加入、退出、故障。
　　整流柜的穩(wěn)流調節(jié)控制器觸發(fā)采用單片機數(shù)字雙通道系統(tǒng)，其中的數(shù)字控制和數(shù)字觸發(fā)2個通道互為熱備用。2個通道都能夠獨立運行并具備自動診斷功能，可根據(jù)運行情況方便地進行無擾動切換。繼電保護控制核心采用S7—200型PLC可編程控制器。CPU功能強大、節(jié)點容量大、擴展數(shù)量多、單柜機組PLC就地安裝控制，就地實現(xiàn)各項控制和保護，使保護有效可靠，在傳送給上位機，實現(xiàn)就地／遠方控制。
2．5極化電源
　　在整流柜主電路掉電或電解槽停車檢修期間，及時投入極化電源可以有效地保護電解槽采用可控硅脈沖封鎖控制，響應速度快，同時可以在電解槽增減單元變化后調節(jié)分接裝置減少極化系統(tǒng)裝置的諧波危害。形成對離子膜電解槽的正、負2個電極及離子膜進行保護，防止離子膜電解槽正、負2個電極被腐蝕。
3 穩(wěn)流工作原理及應用
3．1穩(wěn)流電流的給定
　　（1）就地給定。在整流控制柜上手動設定所需的運行電流，一般用于調試階段。
　　（2）OP一05操作器給定。點動、連續(xù)升／降、快速升／降。
　　（3）上位機／DCS操作給定在主控室上位機上點動、連續(xù)升／降、直接輸人數(shù)值。在正常運行時，操作人員可在主控室靈活控制各整流器的運行電流。彼此不受約束。
　　實踐證明，設置上述3種給定，操作靈活、快速，在需要切換某臺機組時系列電流無明顯波動，在計算機控制機組投入切換的過程中，各機組的輸出電流值自動平均分配。可靠地保護了電解生產的需要。
3．2計算機閉環(huán)反饋系統(tǒng)
　　為了使自動穩(wěn)流系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，運行信號的采集采用雙回路形式，既有直流反饋，又有交流反饋，同時使用帶有屏蔽功能的雙絞線來傳輸信號，形成1個可靠的閉環(huán)系統(tǒng)。交流反饋信號取自整流變壓器的閥側電流互感器。直流信號取自直流母排上的直流互感器。直流互感器采用ZY型直流互感器，其應用霍爾感應原理制成，具有精度高，損耗低，測量準確的特點。正常情況下取直流信號為反饋信號，形成閉環(huán)負反饋系統(tǒng)與控制柜的給定信號通過CPU內部比較來調整直流電流的輸出，從而保證穩(wěn)流系統(tǒng)的運行穩(wěn)定。
3．3穩(wěn)流過程
　　每臺整流控制柜中的自動穩(wěn)流系統(tǒng)采用獨立的電流小閉環(huán)控制系統(tǒng)。具有優(yōu)越的穩(wěn)流性能。當系統(tǒng)工作在自動穩(wěn)流方式時，CPU對電流給定信號和反饋信號相比較，將其偏差作PI調節(jié)運算，當電網(wǎng)電壓或負載發(fā)生變化時，輸出電流厶隨之波動，電流反饋信號，f跟著變化，經(jīng)Pi調節(jié)運算輸出1個相應的移相控制量給觸發(fā)器，使觸發(fā)器輸出脈沖的相位（（1r角）相應地改變，從而達到調整直流輸出電流，實現(xiàn)閉環(huán)自動穩(wěn)流的目的，穩(wěn)流過程可簡述如下：

3．4整流柜的信號保護系統(tǒng)
　　每臺整流柜均配置1臺整流控制屏，具有完善的保護功能。每臺控制屏內配置1個德國西門子公司的S7—200型PLC可編程控制器，PLC繼電保護系統(tǒng)具有下述功能：發(fā)生單只快熔熔斷、整流橋臂過熱、冷卻水溫過高等故障時報警；發(fā)生電源缺相、過流等故障時封鎖脈沖使直流電流輸出降到零：發(fā)生操作過電壓故障、多快熔熔斷、緊急停車時封鎖脈沖及高壓跳閘，使直流電流輸出降到零；冷卻水水壓低于0．1MPa時先報警，如果在9s未消除故障。則封鎖脈沖及高壓跳閘，使直流電流輸出降到零。可控硅整流裝置自動穩(wěn)流系統(tǒng)框圖見圖1。

　　從圖1可以看到，數(shù)字調節(jié)觸發(fā)控制器是穩(wěn)流系統(tǒng)的核心。可編程控制器是穩(wěn)流系統(tǒng)運轉和保障的基礎。
4 結語
　　吳華宇航化工有限公司的可控硅穩(wěn)流裝置投運以來一直穩(wěn)定運行。在2004年10月滿負荷考核期間。整流電流為9800A。通過自動化監(jiān)控系統(tǒng)及現(xiàn)場實際檢測。整流電流波動范圍在+50A范圍內，穩(wěn)流精度≤±0．5％，提供了高穩(wěn)定性的直流電流，確保電解槽的安全生產。
　　綜上所述．隨著計算機技術、可控硅整流技術的不斷發(fā)展和完善，用計算機作為整流所數(shù)據(jù)管理和穩(wěn)流控制設備。可以達到很好的穩(wěn)流效果，變流效率也有較大提高。該公司所用的可控硅整流設備運行3年來。系統(tǒng)整體性能優(yōu)良，穩(wěn)定精度、均流系數(shù)、諧波管理等技術指標都達到了設計要求，有效地保證了整流的安全穩(wěn)定運行。