目录第三章整流柜1第一节：整流柜工作原理和结构 1第二节：整流装置运行标准及巡视检查 5第三节：整流装置保护 6第四节：整流柜常见故障分析及处理 8第五节：整流装置验收 9第三章整流柜第一节：整流柜工作原理和结构1. 基础理论1.1 整流电路的分类1.1.1 按组成的器件可分为半控不可控电路、半控电路、全控电路三种。1）不可控整流电路完全由不可控二极管组成，电路结构一定之后其直流整流电压和交 流电源电压值的比是固定不变的。2）半控整流电路由可控元件和二极管混合组成，在这种电路中，负载电源极性不能改 变，但平均值可以调节。3）在全控整流电路中，所有的整流元件都是可控的SCR、GTR、GTO等），其输出直流 电压的平均值及极性可以通过控制元件的导通状况而得到调节，在这种电路中，功率既可以 由电源向负载传送，也可以由负载反馈给电源，即所谓的有源逆变。1.1.2 按电路结构可分为零式电路和桥式电路1）零式电路指带零点或中性点的电路，又称半波电路。它的特点所有整流元件的阴极（或阳极）都接到一个公共接点，向直流負载供电，負载的另一根线接到交流电源的零点。2）桥式电路实际上是由两个半波电路串联而成，故又称全波电路。1.1.3 按电网交流输入相数分为单相电路、三相电路和多相电路。1）对于小功率整流器常采用单相供电。单相整流电路分为半波整流,全波整流,桥式整 流及倍压整流电路等。2）三相整流电路是交流测由三相电源供电，负载容量较大,或要求直流电压脉动较小, 容易滤波。三相可控整流电路有三相半波可控整流电路，三相半控桥式整流电路，三相全控 桥式整流电路。因为三相整流裝置三相是平衡的，输出的直流电压和电流脉动小，对电网影 响小，且控制滞后時间短，采用三相全控桥式整流电路时，输出电压交变分量的最低频率是 电网频率的6 倍，交流分量与直流分量之比也较小，因此滤波器的电感量比同容量的单相或 三相半波电路小得多。另外，晶闸管的额定电压值也较低。因此，这种电路适用于大功率变 流装置。3）多相整流电路 随著整流电路的功率进一步增大（如轧钢电动机，功率达数兆瓦） ， 为了减轻对电网的干扰，特別是减轻整流电路高次谐波对电网的影响，可采用十二相、十八 相、二十四相，乃至三十六相的多相整流电路。采用多相整流电路能改善功率因数，提高脉 动频率，使变压器初级电流的波形更接近正弦波，从而显著减少谐波的影响。理论上，随着 相数的增加，可进一步削弱谐波的影响。多相整流常用在大功率整流领域，最常用的有双反 星中性点带平衡电抗器接法和三相桥式接法。1.1.4 控制方式可分为相控式电路和斩波式电路（斩波器）；1）通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称 相控方式。2）斩波器就是利用晶闸管和自关断器件来实现通断控制，将直流电源电压断续加到负 载上，通过通、断的时间变化来改变负载电压平均值，亦称直流-直流变换器。它具有效率 高、体积小、重量轻、成本低等优点，广泛应用于直流牵引的变速拖动中，如城市电车、地 铁、蓄点池车等。斩波器一般分降压斩波器，升压斩波器和复合斩波器三种。1.1.5 按引出方式的不同分中点引出整流电路，桥式整流电路，带平衡电抗器整流电路，环 形整流电路，十二相整流电路。1）中点引出整流电路分：单脉波（单相半波），两脉波（单相全波），三脉波（三相半 波），六脉波（六相半波）2）桥式整流电路分：两脉波（单相）桥式，六脉波（三相）桥式3）带平衡电抗器整流电路分：一次星形联结的六脉波带平衡电抗器电路（即双反星带 平衡电抗器电路），一次角形联结的六脉波带平衡电抗器电路4）十二相整流电路分：二次星、三角联结，桥式并联（带6f平衡电抗器）单机组十二 脉波整流电路；二次星、三角联结，桥式串联十二脉波整流电路；桥式并联等值十二脉波整 流电路；双反星形带平衡电抗器等值十二脉波整流电路。1.2 整流电路工作原理 电解铝中大多采用二极管进行整流，利用二极管的单向导电性组成整流电路，可将交流 电压变为单向脉动电压。此节波形均把整流二极管当作理想元件，即认为它的正向导通电阻 为零，而反向电阻为无穷大。但在实际应用中，应考虑到二极管有内阻，整流后所得波形， 其输出幅度会减少O.61V，当整流电路输入电压大时，这部分压降可以忽略。1.2.1单相整流电路 单相整流电路有单相半波整流电路、单相全波整流电路和桥式整流电路三种形式。单相 半波整流电路如图3-1（a）所示。（1）单相半波整流电路 单相半波整流电路是利用二极管的单向导电性，在变压器副边电压 U2 为正半周期内， 二极管正向偏置，处于导通状态，负载R上得到半个周期的直流脉动电压和电流；而在U 为负的半个周期内，二极管反向偏置，处于关断状态，电流基本上等于零。由于二极管的单 向导电作用，将变压器副边的交流电压变换成为负载 RL 两端的单向脉动电压，达到整流目 的，其波形如图3-1 （b）。因为这种电路只在交流电压的半个周期内才有电流流过负载，所 以称为单相半波整流电路。=iD O uO O uD O Ohha）图3-1（b）单相半波整流电路（2）单相桥式整流电路 单相桥式整流电路与全波整流电路相比，单相全波桥式整流电路中的电源变压器只用一 个副边绕组，即可实现全波整流的目的。桥式整流电路如图3-2所示。图3-2 单相全波桥式整流电路（3）单相全波桥式整流电路的工作原理 由图可看出，电路中采用四个二极管，互相接成桥式结构。利用二极管的电流导向 作用，在交流输入电压U的正半周内，二极管DI、D3导通，D2、D4截止，在负载R上得到2L上正下负的输出电压；在负半周内，正好相反，DI、D3截止，D2、D4导通，流过负载R的 电流方向与正半周一致。因此，利用变压器的一个副边绕组和四个二极管，使得在交流电源 的正、负半周内，整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。1.2.2 三相桥式整流电路 对于大功率的整流电路则需要采用三相整流电路，因为大功率的交流电源是三相供电形式。图3-3是一个电阻负载三相桥式整流电路，它有六个二极管，DI、D3、D5接成共阴 极形式，共阴极用P表示；D2、D4、D6接成共阳极形式，共阳极用M表示；零线用N表示。UuuCD3D5RLPiOD3匹玄玄D1AD5tD2MD4D6图 3-3 电阻负载三相桥式整流电路三相整流电路的工作原理三相整流电路中各个二极管如何导电：基本原则仍然是二极管的阳极电位高于阴极电位时二极管导电，反之不导电。因三相电比单相电复杂，在图 3-4中根据各相波形相交的情况，按30 为一段进行时间段的划分，在图的最下方用1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 表示。P i 一.3355导电二极管编ABC1 234 567 8 9图 3-4 三相桥式整流电路的波形图三相桥式整流电路二极管导电的规律详例： （三相桥式电阻负载整流电路的输出电压波形见图3-4）先看时间段1：此时间段A相电位最高，B相电位最低，因此跨接在A相B相间的二极 管DI、D4导电。电流从A相流出，经D1,负载电阻，D4,回到B相，见图14-1-3中红色 箭头指示的路径。此段时间内其他四个二极管均承受反向电压而截止，因D4导通，B相电 压最低，且加到D2、D6的阳极，故D2、D6截止；，因D1导通，A相电压最高，且加到D3、 D5的阴极，故D3、D5截止。其余各段情况如下：时间段2：此时间段A相电位最高,C相电位最低，因此跨接在A相C相间的二极管D1、 D6导电。时间段3：此时间段B相电位最高,C相电位最低，因此跨接在A相C相间的二极管D3、 D6导电。时间段4：此时间段B相电位最高,A相电位最低，因此跨接在B相A相间的二极管D3、 D2导电。时间段5：此时间段C相电位最高,A相电位最低，因此跨接在C相A相间的二极管D5、 D2导电。时间段6：此时间段C相电位最高,B相电位最低，因此跨接在C相B相间的二极管D5、 D5导电。时间段7：此时间段又变成A相电位最高，B相电位最低，因此跨接在A相B相间的二极管 D1、D4导电。电路状态不断重复。第二节：整流装置运行标准及巡视检查1. 整流柜概况近几年来随电解铝行业的不断升温，电解系列电流的不断增加，对整流柜的要求不断提 高，整流柜是一种以二极管、晶闸管整流原理为基础，通过集成二极管（晶闸管）快熔、交 直流母线及绝缘、保护材料，通过一定的联接方式组合成的一个整体，能够将交流电转换 成直流电。硅元件采用热管散热器。每只硅元件串有快速熔断器一只。当整流管反向击穿时造成 变压器二次短路时快速熔断器熔断，切断故障回路，同时报警。当各整流桥臂中任意一支硅 元件损坏后不影响整流器的正常输出，只报警。当同一桥臂内两支硅元件故障时，该整流机 组开关跳闸。以上功能由可编程控制器完成。2. 整流柜巡视检查及标准2.1 运行规定 2.1.1硅整流元件过载能力很低，故不准过载运行。2.1.2硅柜投入前先接通冷却系统电源，冷却水进口温度不高于+30C，不低于+5C。为防 止凝露，冷却水进口温度不应低于环境温度35C。冷却水流量不小于36m3/h，进出口冷却 水（副水）温差不超过5C,进出口循环水温差不超过5C。2.1.3冷却水酸碱度（PH值）为78,电阻率21500kQ/cm,硬度（以碳酸钙计）不超过 0.03mg/L。2.1. 4在正常情况下，单组硅柜停、送电，应先将整流变降至95级，非特殊情况不准在运 行电压下分、合整流变压器。2.1.5元件损坏时，应测均流，并将结果记录下来。 2.1.6定检前，应测均流，用毫伏表测快熔两端压降，测量位置要统一。2.1.7纯水进口水压力不得超过0.25Mpa，不能低于0.08Mpa，正常运行应在0.150.20Mpa 左右。纯水进口压力正常为0.22Mpa左右，付水进口压力为0.2Mpa左右。2.2 巡视检查项目2.2.1日常巡视：2.2.2整流装置是否保持清洁，有无积尘。2.2.3是否有异响臭味。2.2.4主、付水温度，流量、压力是否正常。2.2.5水冷母线、管道接头、阀门等到有无渗漏水现象。2.2.6停机期间，检查主回路接触部位是否良好，电器部件是否良好，元件正反特性有无变 化。2.2.7整流元件外壳温升（正极处）应小于45C，快速熔断器温升应小于50C，水冷母线本 体温升应小于45C，接触面不超过75C，若超过此值时查找原因并处理。2.2.8各水冷母线温度分布是否正常，如有异常发热（温度继电器动作前），应检查支路水 流是否阻塞。2.2.9测量并记录冷却水及循环水进、出口温度、水压及流量。2.2.10操作过电压、换相过电压及直流过电压箱内连接良好无放电打火现象，温度正常无 发热现象。（操作过电压和换相过电压保护装置的铝壳电阻温度正常遇有相差大的及时汇报） 2.2.11PLC模块显示正常，整流控制柜和纯水冷却控制柜内中间继电器显示正常无异常报警。 各二次小线及空开温度无异常。各空开合入正常。3. 整流柜维护标准3.1用2500伏兆欧表测量主回路对框架的绝缘电阻应不低于10MQ（主回路绝缘摇测时，要 短接硅元件，以防击穿；交流回路中设有操作过电压阻容保护，在摇测绝缘时，短接过电压 吸收电容接地）。3.2用1000伏兆欧表测量框架对地绝缘电阻不低于2MQ3.3二次回路对地绝缘电阻测量，应用500伏兆欧表，其数值不低于1MQ，在比较潮湿的 地方，应不低于0.5MQ。3