整流器冷却装置的分析与逐步改进

发表时间:2018/10/8   来源:《新材料.新装饰》2018年5月下   作者:吴滨
[导读] 此文以铝业公司159KA西门子整流器的冷却装置为对象。铝业公司整流所装机容量为417200KVA,其中动力系统为20000KVA,而159KA装机容量为317200KVA。所以铝电解生产是一个高耗电能的企业。

(中铝东南铜业有限公司 352000)
摘要:此文以铝业公司159KA西门子整流器的冷却装置为对象。铝业公司整流所装机容量为417200KVA,其中动力系统为20000KVA,而159KA装机容量为317200KVA。所以铝电解生产是一个高耗电能的企业。
关键词:整流器;二极管;直流臂;交流臂;纯水—风冷却器;纯水—副水冷却器

 
        为了给电解铝生产提供强大的直流电流供电解铝生产之需要。大型整流器则是为铝电解生产提供强大的直流电流供电解铝生产的主要设备,所以整流器运行的好坏,直接影响着电解铝生产的正常进行。
        大型整流器是以大功率二极管为整流元件组成的,对于大功率整流二极管来说,必须按规定满足环境温度及冷却散热装置。否则,整流二极管将由于散热冷却不够,使工作结温超过允许结温而损坏。当散热冷却条件不满足要求时,必须降低整流二极管的输出电流,这是生产不允许的,所以大型整流器的良好冷却装置是保证整流器安全运行的关键。也是保证铝电解生产能否正常运行的关键。
 
        (图一)
        一.结构及工作原理
        1.大型二极管整流器主电路如图1所示:
        2.整流器的主要冷却元件是大功率面接触型的二极管和交、直流母线。
        3.在大型整流器中元件主要是依靠纯水循环方式进行冷却,工作原理如图2所示,以单个二极管及所连接的交、直流母线为例:
 

        交流母线臂和直流母线臂内部都装有与比为一体的水路,而纯水在臂内上下流动将母线发出的热量进行冷却。大功率整流二极管一端与降温的直流臂面接触,紧密相连使二极管的温度降低,另一端与冷却水盒有上下螺栓压紧相连,使二极管的二端都在纯水冷却循环状态下运行,以降低工作结温。
        二.不断的改进是运行可靠性进一步提高
        1.提高水箱位置。因为水位报警器的触点装在水箱内,这样就使循环水路的水位保持较高位置,尽早报警。
        2.为了确保整流器的正常工作,在控制回路中还有水温、水压、交流直流臂过热等跳闸系统。如果发生故障,将断开整流器供电的变压器。一次侧220KV六氟化硫断路器,使整流器失去电源,从而达到保护整流元件部被失去冷却装置而损坏的危险。从近几年运行实践中表明,当整流器失去水循环冷却后1分钟内,母线温升九可达到使断路器跳闸的设定值,所以在运行中冷却装置的继电保护的可靠性和灵敏性是不可忽视的。运行人员可定期对其进行调整和反事故实验。以确保冷却装置可靠和继电保护灵敏。
        3.在整流器安装投入运行后,经过检查测温,发现交流臂温度较高,尤其是交流臂上部与阀侧母线的连接处,因变压器出线是紫铜排,而交流臂为铝排,铜铝接触,故接触处温度较高,所以在其接触的地方两边加装水盒,用螺栓紧贴母线,再接通循环水,使此处温度由原来的60降低为40,并使整个交流臂温度也有所下降。也使上部安装的二极管工作温度有所下降。
        4.因为整流器为室内安装设备,整流器通电运行后,整体温度都要比环境温度高。在一个封闭的房间内就像一个电暖气不断地相室内排放热量,致使室内温度升高,有时高达45.这对整流器运行来说是非常不利的因素。既然隐患存在,子明确设备情况后,就要积极采取补救措施。经过严密考察,决定在整流器正上方房顶开洞,然后在洞口安装1.1KW房顶排气风机,并使控制风机配置过载报警装置。一旦风机因故障断开,及时发信提示运行人员。这次改造使原来室温45降至35左右。因为整流器产生的热气流向说那运动,安装于正上方的排风机及时将热气流抽走排向室外空间。
        5.将水—风冷却装置改造为水—水冷却装置。
        铝业公司整流器原设计冷却方式为强迫水循环风冷却。随着公司近几年产量的不断提高和整流二极管工作年限的不断延长,使工作结温进一步提高。而由于风冷散热器放置于室外,散热器的散热薄片上很容易覆着一层灰垢,使散热效果下降,尤其在夏天环境温度很高的情况下,散热效果进一步下降。经过细致的考察和对公司设备的认真分析,决定将纯水—风冷却器改造为近及年在铝行业大型整流器应用最广泛和冷却效果最好的纯水—副水冷却方式。其流程如图3所示:
 
        这一冷却装置有两套独立的水循环系统。而纯水循环系统。而纯水循环系统还是沿用原来的装置和保护,只需在原纯水—风冷却装置并接纯水—副水冷却装置的水管,并在两套冷却器的进出水管路上各加装一个截止阀。因为铝业公司续建工程210KA系统,整流设备采用国产纯水—副水冷却装置。副水循环系统已建成并投入运行,所以这次改造只需将冷却器副水与续建工程副水系统相连接九完成改造。投资少,见效快进一步提高了整流器的散热效果。
        冷却器的结构是由许多板片压制而成。一层通纯水,一层通副水。而纯水是热源,它是由整流器循环后,使水温升高流入冷却器。而冷却器的副水是由外循环经冷却水塔冷却后的低温水流入冷却器。在板片检流动。而板片是以不锈钢材料制成,导热性能很好。这样,纯水热能不断被副水吸收,努力使两循环再冷却器内达到热平衡。这样不断循环,就使整流器的热量不断被带到副水,由水塔冷却散发。
        三.小结
        1.在续建工程投产159KA整流设备满负荷运行后,由于对整流器冷却装置的不断改造,使纯水温度下降了10左右,从而使二极管工作结温也下降了10,极大地提高了二极管的工作寿命。因为大功率二极管价格昂贵,所以节约了很大的成本。
        2.因为整流器的而不断改造,使得降温措施得力,设备的平稳运行得到了有力的保障,所以使生产局面有了很大的好转。

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