用国产整流设备替换进口整流设备的技术对比与分析

图4 同轴式整流臂电流流向示意图

由图4可见，在整流装置这一部分，按电流流向和磁场分布规律，交变磁场的大部分能够被抵消。但是，直流母线框后面去整流变压器一段的交变磁场不能被抵消。

采用同轴结构，整流变压器的引出线结构相对来说比较简单。

在西吉莱克的整流装置中，4英寸整流二极管采用单面水冷却，将4英寸器件当3英寸器件使用。这样，有利于减小整流装置损耗，简化水路结构。但设备造价要相应地提高。

2.2.3 同相逆并联结构

同相逆并联结构方式是日本富士电机及中国各主要整流器制造厂家普遍采用的结构方式。整流主电路连接原理图和整流臂结构示意图如图5和图6所示。

图5 三相桥式同相逆并联整流主电路连接原理图

图6 同相逆并联整流臂电流流向和磁场分布示意图

同相逆并联技术的应用始于上世纪70年代。是从根本上消除大电流交变磁场负面影响的一种治本的办法。从整流变压器绕组引出端开始，到整流装置直流汇流点为止，除饱和电抗器一段（在饱和电抗器以前）之外，所产生的交变磁场的大部分能够被相互抵消掉。对消除涡流发热，降低阀侧母线电抗压降和减小交变磁场对电流分配的影响都特别有效。

采用同相逆并联技术，必须处理好两个同相逆并联连接的整流臂之间绝缘问题，以防止发生短路故障。经过不断地研究和改进，现在这个问题已经得到了解决，不再是影响同相逆并联技术应用的障碍。如果不受快熔分断能力的限制，采用同相逆并联结构继续增加整流机组单机电流的空间最大。

3 整流器件和快速熔断器

整流器件和快速熔断器都是整流装置中的核心元器件，其技术水平和性能指标是保证整机技术水平的关键。二者之间选配得合理与否对于整个整流机组是至关重要的。

3.1 整流器件

3.1.1 目前国内外整流器件的实际水平

现在，不管是国内还是国外，用于整流的电力半导体器件（即整流器件）的技术水平和性能指标都有了很大的提高。目前，在实际工业应用中，整流器件能够达到的最高电流和电压等级如表3所列。

表3 目前整流器件最高电流和电压等级

3.1.2 国内外整流器件技术参数对比

一般情况下，采用4英寸器件，其电流、电压等级选择范围比较宽，每个整流臂并联4～6只就能满足要求。对于需要多器件并联的同类整流装置而言，4～6只并联是最合理的选择。所以，目前在电解铝工程中大量使用的还是4英寸的整流器件。

在表4中，以4英寸二极管为例，列出国产器件和进口器件的主要参数的对比。同时也列出了原BBC用于中铝青海分公司一期工程的2英寸二极管（型号为DSA1208－29A）的主要参数。

表4 国产器件和进口器件的主要技术参

由表4可见，国产器件和国外器件相比，尽管在性能参数上还存在一些差距，但其基本参数如电流、电压等级已非常接近或者相等。

3.1.3 国产器件和进口器件的主要差别

1）国产器件通态电压高，相对损耗也大。以一个额定输出电流76（=38×2）kA的整流机组为例，在满载运行条件下，一个机组要增加损耗38kW（=18.9×2）。

2）进口器件的浪涌电流大，其较强的抗短路冲击能力，有利于合理选配快速熔断器。

3）进口器件通态电压分散性小、一致性好，斜率电阻大、门槛电压低，有利于均流和保持均流稳定。

3.2 快速熔断器及其选配

按照电解铝供电电源的运行特点，快速熔断器的主要作用是隔断故障支路，保护完好的整流臂，防止事故扩大。表5列出了几种在电化学用整流装置中大量使用的大电流快熔的主要技术参数。

从保护方面而言，快速熔断器的熔断I²t和极限分断能力是两个非常重要的参数，选型时必须满足以下几点要求：

1）要求快速熔断器的熔断I²t必须小于器件管壳不破裂能承受的最大I²t。当整流臂的某支路整流器件因击穿而发生阀侧短路时，要求与该故障支路器件串联的快熔必须在器件管壳可能爆裂之前就要熔断，以防止器件管壳爆裂引起电弧造成事故扩大。如表4所列，ABB4英寸二极管管壳不破裂能承受的最大I²t=85MA²·s，要求所选配的快熔的熔断I²t必须小于这个值。

2）要求快速熔断器的极限分断电流必须大于故障（整流）臂能产生的最大预期短路电流。例如，一个额定直流输出（37×2）kA／1220V的整流机组，发生阀侧短路时，最大预期短路电流约186kA。所以，要求快熔的极限分断能力必须大于186kA。如果快熔分断能力达不到这个要求，有可能发生管壳爆裂引起电弧造成事故扩大。

3）要求每个整流臂上各并联整流器件的浪涌电流平方时间积（即每个器件的I2t）之和必须大于与器件串联的快熔的I²t。按图7所示电路，查表4和表5，3只ABB器件（4680A/5000V）的I²t之和26.6×3=79.8MA²·s大于一个Bussmann快熔（4500A/1100V）的I²t=67.5MA²·s。因此，要求每个臂的并联元件数不得少于3只。