整流元件(整流变压器的总体结构特点)

Posted 2023-05-27

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整流元件(整流变压器的总体结构特点)

整流变压器的总体结构特点

　　1.按整流电路形式分类

　　1)三相桥式整流变压器结构

　　2)双反星形带平衡电抗器的整流变压器结构

　　3)双反星形三相五柱式整流变压器结构

　　2.按调压方式分类

　　1)无励磁调压整流变压器结构

　　2)有载调压整流变压器结构。

　　这其中又有：

　　a)单器身变磁通调压结构

　　b)调变加主变结构

　　c)串变调压结构

　　3.按器身安装方式分类

　　1)器身连箱盖结构

　　2)钟罩式结构。

　　这其中又分成：

　　a)钟罩式

　　b)半钟罩式

　　c)三节钟罩式

　　4.按冷却方式分类可分为自冷，风冷、强油水冷或风冷以及强油导向冷却。

　　此外，变压器还可分为主调共箱式和主调分箱式以及内附饱和电抗器、平衡电抗器和外附饱和电抗器、平衡电抗器等结构。

　　总而言之，生产的整流变压器种类繁多，可根据用户的各种要求进行设计制造各结构型式的变压器。

　　二、变压器的内部结构特点

　　铁心采用优质冷轧硅钢片。在较大型变压器中，为了降低空载损耗，铁心片采用全斜接缝。铁心整体结构采用引进的先进技术。

　　网侧线圈多采用连续式结构，调压线圈多采用层式结构，而阀侧线圈一般均为双饼式结构。由于利用了电子计算机计算电场和线圈的冲击特性，使得线圈结构具有优良的电气特性和耐冲击强度。

　　对于较大型变压器，油箱采用了折扳式结构，不仅美化了外形，而且大大提高了油箱的机械强度。

　　阀侧出线既有箱顶出线，又有箱壁出线，方便了与整流装置的连线。

　　变压器阀侧出线端子采用环氧浇注成形低压导电杆，使得变压器外形美观紧凑。

　　变压器装有各种温度计、瓦斯继电器、释压器、互感器等保护装置，对于高电压产品采用隔膜式储油柜以保证变压器的安全可靠运行。

铝行业大容量整流电源保护综述

　　大容量整流电源通常由变压器、整流柜及用于整流柜、变压器冷却的泵、风机等辅机部分组成。大容量整流电源在冶金行业，特别在铝电解行业具有举足轻重的地位，其正常运行直接关系到整个生产系列的安全稳定，一个年产15万吨的电解系列，停电5个小时其损失可达几千万元，因此，要采取一切可能的措施保证整流电源的正常运行，完善、可靠的保护设置可以及早发现机组异常情况，及时切除故障，防止事故扩大，对保证系统安全运行具有重要意义，下面对大容量整流电源所需设置的保护作具体介绍：

　　电压保护

　　1. 采用氧化锌压敏电阻、快熔组成过压吸收回路，吸收电网过电压、操作过电压以及雷电过电压，由快熔所带的微动开关发出故障信号。

　　2. 对于元件采用阻容吸收，吸收换相过电压。

　　当整流元件一元件损坏时，将导致快熔熔断，安装在快熔上的微动开关动作，发出一元件坏信号，当同一桥臂两元件坏时，跳闸接点闭合，断开整流机组高压侧断路器。一元件坏、两元件坏往往采用PT单元进行检测，在实际使用过程中，由于震动等原因，PT单元容易误发信号，这是由于PT单元所使用电压较低，所采用接点又为常闭点，由于震动造成的接触不良往往使回路电压升高，造成误动作。应适当提高PT单元电压，并采用镀金接点微动开关，并且微动开关的压力应能防止震动造成的接触不良。

　　超温保护

　　1. 桥臂超温保护

　　整流桥臂一般采用水冷，水中的气体积聚在桥臂内，桥臂通水孔堵塞，循环水水温过高等，均会造成母线超温，如不能及时发现，会使元件结温过高而损坏，在每个桥臂上设置一个测温元件，桥臂温度在60～65℃时动作，发出跳闸信号。

　　2. 循环水水温高保护

　　在循环水的总进、出口水管处各设置一个热电阻，经温度变送器单元变换为4～20mA信号后送入PLC，当温度达到设定的报警值时，由主控室上位机发出报警信号。在每个整流柜的进、出口水管处各设置一个电接点温度表，当温度达到设定的报警值时，报警接电接通，发出报警信号。

　　3. 直流刀闸温度高保护

　　直流刀闸通过电流可达几十KA，容易发热，每个直流刀闸上需安装一个测温元件。在直流刀闸温度达到60～65℃时报警。

　　PLC失电保护

　　由于整流柜内保护信号，冷却水泵、风机的运行和故障信号，稳流系统的控制等均通过PLC实现，因此PLC失电或故障时，应跳开机组高压断路器。机组辅助电源失电时，冷却系统停止运行，此时也应跳开机组断路器。实现此种保护的一个方法是编程使PLC的一个输出接点上电即闭合，使用此节点去启动一个中间继电器，再使用中间继电器常闭点作为跳闸信号输入。但采用中间继电器常闭点作为跳闸接点，当系统电压突然降低时，容易误动作，引起电解系列全停电事故，因此此接点要先送入SEL等微机保护装置，或启动时间继电器，经2S延时，若2S内故障未恢复，则跳开机组断路器。

　　水压失常保护

　　由于整流器一般采用水冷方式，水压低或断流将造成元件结温升高而损坏，因此要设置水压失常保护，水压失常保护应能检测到水管脱落故障。整流柜内水循环系统一般设置两台水泵，两台水泵一用一备，一台泵故障时，另一台泵能自动投入运行，当两台水泵均停止运行时，属于一种故障状态，需延时跳闸。

　　变压器采用强油循环冷却方式。一般规定至少有1～3组油风冷却器投入运行，若油风冷全停，变压器散热条件恶化，油停止循环，会使变压器温度升高，并可能造成变压器局部温度过高而引发事故，因此油风冷全停时，首先应发出信号，并根据变压器可以承受的温升情况，延时跳闸。

　　瓦斯保护

　　瓦斯保护作为变压器的主保护，保护变压器内部绕组相间短路和匝间、层间短路，重瓦斯启动出口继电器跳闸，轻瓦斯报警。有载调压开关瓦斯保护动作于跳闸。

　　压力释放保护在油箱内压力异常升高时动作，可作用于信号。

　　1. 变压器单独设置接地，并检测接地电流，当接地电流达到定值时跳闸。

　　2. 设置整流柜绝缘监测装置，当整流柜外壳接地或绝缘降低时，发出信号。对于自撑式结构的整流柜，由于没有外壳，因此不设柜壳绝缘监视装置。

　　3. 设置直流母线监视装置，当直流母线接地时报警，并可根据绝缘监视电压，计算出接地的大致位置。

　　逆流保护

　　当整流元件故障，发生直流短路或整流柜内直流正负母线之间短路时，其它正常机组会向故障点馈送电流，此时机组直流母线中会流过相反方向的电流，逆流保护即是检测相反方向的电流，在每个整流柜直流出线母线上安装一个逆流检测装置，当检测到有相反方向电流流过时，节点闭合，并通过快速型中间继电器跳开所有整流机组断路器，防止事故扩大。为了加快跳闸速度，也可要求逆流保护装置输出多个跳闸节点，直接接入各机组的跳闸回路，以最快的速度使各断路器跳闸，把损失降低到最小的程度。

　　机组连锁跳闸

　　整流电源的配置采用N＋1方式，因此跳开一台机组时，剩余N台机组仍可正常运行，但两台及两台以上的机组跳闸后，将造成剩余机组过流，因此设置机组连锁跳闸保护，在两台以上机组跳开时，向正在运行的其它机组发出跳闸指令。

　　机组退出总调保护

　　当某机组检修或处于故障状态时，本机组退出总调，在进行总升、总降有载调压开关时，本机组有载调压开关退出。

　　机组控制、偏移回路故障保护

　　在机组控制绕组和偏移绕组的共同作用下，饱和电抗器工作于不同的工作点，从而起到调节电流的作用，当机组控制或偏移回路故障时，如控制或偏移回路快熔熔断、接触器跳开等，整流机组的稳流系统将失去作用，造成机组电流失控，因此出现故障时要报警，以便退出机组，进行有计划的检修。

　　机组反馈掉线保护

　　机组的稳流系统正常工作时，取本整流柜直流电流互感器输出电压信号经隔离变送器变换为4～20mA信号作为反馈信号，一旦反馈信号丢失，必然造成机组过流，因此应取两路信号作为反馈信号，第二组反馈信号可取自整流变压器一次绕组电流互感器输出电流，并经电流变送器变换为4～20mA信号作为反馈信号，在编PLC程序时，将此反馈信号适当缩小，在直流反馈信号正常时，采用直流反馈信号，当直流反馈信号消失时，交流反馈信号自动投入，防止机组过流，并发出报警信号，及时进行检修。

　　机组水质低保护

　　当整流机组水质低时，整流器水路部分的水嘴将受到严重腐蚀，缩短水嘴的使用寿命，引起水路渗漏，甚至引起水管脱落，发生事故。因此，水阻至少要达到200KΩ以上，对于高电压、大电流的整流器水阻宜保持在2MΩ左右。当低于要求的水阻时应能发出报警信号。

　　弧光保护

　　随着近年来整流系统事故的增多，为了防止直流正、负母线之间或者交、直流母线之间短路等恶性事故的发生，越来越多的整流系统采用了弧光保护装置，所谓弧光保护即是感光元件（光纤或探头）将接收到的光信号传导到光信号处理单元，当接收到的光信号超过设定强度后，装置即输出跳闸信号，由于采用了快速器件，从产生弧光到装置动作、跳闸节点闭合，其总时间可以做到不超过1毫秒，这么快的反应速度，在以电流、电压作为输入信号的继电保护装置中是不可能达到的，从这方面说弧光保护在快速性上，具有无可比拟的优势。至于跳闸方式的选择，即跳本机组或是跳系列，可以是否装有逆流保护来确定，如未装逆流保护，为防止其它健全机组向故障机组供电，应跳系列；如装有逆流保护，则可考虑只跳本机组，以减少不必要的跳闸，减少电解系列不必要的全停电。由于弧光保护接收的是光信号，因此要进行光源的管理，并采取防止外界强光进入的措施。

　　离极保护

　　正常生产过程中，电解槽阳极与阴极脱开或连接母线开路即称为离极，离极将造成断口间强烈弧光，引起着火、爆炸，引发重大人身或设备事故，虽然电解槽槽控机一般均设置多重保护，防止阳极持续提升，一般不会因为槽控机失控造成离极，但在电解槽漏槽、冒槽，母线接触不良，阳极碳块全部脱落以及不正确的手动持续提升阳极等情况下，仍存在离极的可能性，因此整流所应设置离极保护，以电流和电压变化作为判据，当电流下降至额定值的75％，电压升高到规定值时，即判断为离极，跳开所有机组断路器。

　　电流保护

　　由于整流变压器阀侧绕组为多绕组，大电流，很难对变压器内部故障实现差动保护，其电流保护一般设置瞬动过流保护、带时限过流保护或延时投入瞬动过流保护、过负荷保护。除以上交流电流保护，还有取自直流电流互感器直流信号的直流过流保护和取自第三绕组电流互感器电流信号的过流保护。

　　1. 瞬动过流保护

　　瞬动过流保护电流信号取自110KV配电装置整流机组间隔电流互感器，其动作电流不同于一般的电力变压器电流速断保护定值计算方法，其动作值远小于额定状态下变压器二次侧短路时的短路电流，通常情况下瞬动电流的整定值按照躲开变压器的励磁涌流，取变压器额定电流的1.5～3倍整定即可。

　　2. 带时限过流保护或延时投入瞬动过流保护

　　此保护的电流信号需取自调压变压器的二次侧即整流变压器的一次侧，电流互感器安装在变压器的油箱内，通常有两组，即一个整流变一组。其整定值取整流变压器额定电流的1.1～1.5倍整定。随着近年系统容量的增大和变压器容量的大幅度增加，整流柜内部短路或整流变压器阀侧短路时，巨大的短路电流往往造成爆炸、火灾、母线严重变形、变压器绕组损坏等严重故障，因此要求保护有足够的灵敏度和快速性。由于变压器采用有载调压开关调压，并且规定有载调压开关在最低档位时才允许变压器投入，变压器投入时的整流变压器一次侧电流较小，变压器投入时一般达不到此套保护的启动值，可将延时取消，同样设置为瞬动过流保护。如果使用中发现不能躲过启动时的励磁涌流，则需设定一个0.3～0.5S的时限，在高压断路器合闸0.3～0.5S后，将此保护投入，仍为瞬时动作。通过以上措施，保证短路发生时快速、可靠地切除故障。

　　3. 过负荷保护

　　避免变压器长时间运行于过负荷状态下，过负荷保护延时动作于信号或机组断路器跳闸

　　4. 直流过流保护

　　整流柜单柜直流电流信号送入机组PLC，在PLC中设定直流电流超过1.2倍直流额定电流时报警，设定直流电流超过1.5倍直流额定电流时跳闸。

　　5. 第三绕组过流保护

　　由于整流变压器较多采用饱和电抗器调压，整个整流变电系统功率因数较低，谐波量较大，因此常常采用在变压器第三绕组进行电源无功补偿及谐波治理的方法，由于滤波装置断路器距离变压器一般均有20米左右，变压器与滤波装置断路器之间即是滤波装置断路器保护死区，第三绕组容量相对较小，在保护死区中存在短路故障时，变压器保护定值不能快速启动，极易造成变压器严重故障，扩大事故，甚至造成变压器返厂检修，因此滤波装置电流速断保护应按能可靠保护第三绕组出线短路的原则整定，并应无延时跳开变压器一次侧高压断路器和滤波装置断路器。

　　大容量整流电源的保护是保证整流机组正常运行的重要措施，需要在实际使用过程中，根据实际使用的效果，不断总结经验、教训，不断完善、发展，使保护真正具有可靠性、快速性、灵敏性、选择性的基本要求，切实起到保护整流电源的作用，使安全、平稳供电得到有效保证。