电解铝用超大功率整流器的设计

摘要：主要介绍电解铝用220kA、1220V、ZHS型超大功率整流器的技术参数和结构设计，以求达

到高效率、低损耗、小体积、高可靠性等要求。

关键词：超大功率整流器铝电解自动稳流技术高效率

Design of Superhigh Power Rectifier for Use in Electrochemistry

Abstract: This paper mostly introduces techno－ parameter and structure design of superhigh power rectifier of ZHS type 220kA/1220V for electrochemistry in order to obtain high efficiency and low waste and small volume and high reliability.

Keywords:Superhigh power rectifier Electrolysis aluminium Automatic stabilized current technique High efficiency

电解铝用超大功率整流器，由于其高电压、强电流以及电解铝的工艺要求，如何使其达到高可靠性、高稳定度、高效率一直是用户十分关注的问题。这篇文章的理论性及实用性均较好，特此推荐，值得从事超大功率电化学整流器的设计者和使用者一读。

　　青铜峡铝厂三期工程是我国目前规模最大的电解铝在建项目。建成后，单系列年产铝将达到14万吨，也是当前世界上最大的电解铝工程之一。其整流电源全部采用国产设备。国内现已建成投运的最大电解铝生产线单系列年产是10万吨的规模，除最近投运的云南铝厂采用国产设备外，其余8～10万吨级电解铝工程均采用国外引进设备。对于系列电流达220kA、电压为1220V年产量14万吨电解铝的超大功率整流电源设备的研制，其主要技术特点是要求达到高效率、低损耗、小体积、高可靠性和高度的自动化水平，在国内同类产品中居领先水平，在国际上也具有代表性。

1整流装置的主要技术参数

整流电流（系列）：220kA。

整流电压：1220V

理想空载直流电压：1450V

整流机组数：4组

单机组额定整流电流：（37000×2）A

单机组额定直流功率：90.3MW

整流效率：99.8％

整流主电路连接形式：三相桥式同相逆并联连接。

电网供电电压：220kV

等效整流相数：单机组为等效12相整流，4机组组成等效48相，整流变压器网侧采用曲折星形和六边形移相。

国内目前几个单系列年产8～10万吨大型电解铝项目的整流器与本项目的主要技术指标对比如表1。表中除青海铝厂一期是80年代投产的以外，其余都是90年代开始投入运行的。由此对比可见，本装置主要技术参数和性能指标的水平在同类产品中是领先的。

　　表1

2整流管与快速熔断器

　　整流管是核心器件，其技术指标是保证整机技术水平的关键因素之一。3英寸高压低损耗整流管的研制成功，为开发高压大功率整流装置奠定了基础。该装置中采用的整流元件是管芯直径为3英寸的ZP3000－50整流管，其正向平均电流为IF（AV）=3000A，反向重复峰值电压URRM=5000V。

　　快速熔断器也是装置中的重要元件。根据快熔的

选用原则，要求快熔的额定电压UN尽可能地与使用电压（即变压器阀侧电压）UVO接近，选用RSH11－3600型的快速熔断器可以满足要求，即额定电压UN=1100V（与UVO=1073V接近），额定电流IN=3600A，并要求分断能力大于100kA。

其它相关参数可见表2。用快熔作各并联支路整流管过流保护，要求I2tf≤0.9I2tv而RSH11－3600不能满足这个要求。但对于多只整流管并联联接的整流电路，按有关标准规定，快熔只起隔离故障支路作用，选用RSH11－3600快熔也是可以的。若选用电流更小些的快熔，也可以降低其I2t，但这样会限制整流管能力的发挥。

表2

3损耗及整流效率

用于电化学工业的整流装置的一个显著特点是常年不间断地连续运行，为负载提供强大的直流电能。在为负载提供直流电能的同时，整流装置自身也要消耗能量。所以整流装置的