电解铝整流系统的谐波电流与无功功率

摘要 主要讲述的是电解铝整流系统对供电系统的电能质量的影响，探讨了如何选取整流系统谐波电流和无功补偿装置容量之间的联系，其所得到的结果对滤波器的设计和电力系统的安全运行提供了参考依据。电解铝所用的直流电源是利用大功率元件的整流系统取得的，同时电网受到了整流系统所产生出来的大量高次谐波的污染，在特定的情况下甚至会造成非特征谐波。如果不抑制超标的谐波和优化较大的无功功率，将影响供电系统的电能质量和电解铝整流系统的安全运行。

关键词 整流；谐波电流；无功补偿

中图分类号F426.61 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）82-0026-02

在大功率元件的整流系统中，通常采用电容进行对其无功的补偿。可是整流装置会有大量的谐波电流产生，因而在配置无功补偿装置时所用的参数不科学，就会出现供电系统谐振或者谐波电流放大的现象。实践经验证明，本现象直接受到装置的设计参数和供电系统在运行方式的影响。所以，设计人员和运行人员最关注的问题就是谐波电流的科学控制和最优的无功补偿。

1 电解铝整流系统的特征

电解铝是以氧化铝为原料，在冰晶石熔体中进行熔盐电解的化学过程，其反应过程在电解槽中进行，通过电解提取金属铝的炼制过程[1]。其特征如下：

1）耗电量比较大

电解铝工业生产消耗大量电能，素有“电老虎”之称，原铝直流电耗最低可达12 900kW·h/t·Al，它跟原料及其生产方法有很大的关系。

2）比较低的功率因数

电解铝所使用的供电系统主要有调压变压器、整流变压器和大功率元件整流系统，致使无功的消耗非常大，而功率因数却很低。

3）供电可靠性的要求高

由于电解铝是一个连续生产的过程，因而要有比较高的供电可靠性，一旦有短时的停电现象发生，在供电正常以后在很长时间内电解铝设备不能进行生产，只能耗电；可如果超过了一个小时，则不能再进行生产，严重的还可能使电解槽内衬遭到破坏。通常来说，电解铝每天所用电负荷率约96%左右，这就对供电有了更高的要求。

4）谐波带来的污染比较厉害

3 电力电容器的作用

大功率元件的整流系统会造成电网的电流和电压的波形同时出现畸变，所以谐波的治理和功率因数的提高这两个问题是电网必须解决的问题。

我国当前主要采用的是就地治理的方法，主要是把电容器和电抗器所组成的调谐或高通滤波器组滤除系统中所含较大量的谐波，来减轻谐波所带来的危害[3]。在综合运用设备时，可以考虑通过滤波器的电容器组补偿无功，使功率因数得以提高，把电力设备的容量发挥至极点，使各种输电的消耗减少到最小。

4 谐波治理和无功补偿之间的联系

在大功率元件的整流系统中，如果同一谐波源中某次的谐波电流产生感性无功，另外一次产生容性无功，会造成不同的谐波电流产生的无功互相补偿。针对大功率电器的谐波源用户，按照公式⑨算出的功率P值或许会比基波功率要小，也就是它所吸收的部分基波功率转成谐波功率后再返还到电网，给其他的用户带来损害。有一部分的谐波会因为参数，非但不能减轻，反之被放大，而出现共振的现象。因此，在选择滤波器组时，除了要考虑提高电蜂侧的功率因数，同时还要避免谐振的出现[4]。

为了满足系统无功补偿的要求，可以采用的方法有：1）当滤波装置的无功容量比需补偿的容量小时，可以附加一般的并联电容器组到不足的部分；2）当不存在谐振条件即电网的电抗值和并联电容器的电容值所构成的谐振频率比较高而负载产生的谐波电流和母线的谐波电压又很低时，此时，不需要考虑降低谐波值，但是标准并未给出划分界线的具体数据。滤波装置的容量要加大，使补偿要求得到满足。

5 结论

电解铝整流系统是最大的谐波源，它造成了电网系统电流和电压的波形畸变，系统功率因数也直接受到电流和电压间的相移和电流电压波形的畸变共同的影响。如果对功率因数过高地追求，则会使滤波器的滤波效果受到影响，严重的会造成谐波的谐振和放大[5]。

在设计此类装置和系统时，除了保障系统足够的功率因数和装置的滤波效果外，还要把电网的发展状况和电网的参数考虑进去，以免谐振的产生；作为运行人员，更要把不同运行方式的测试做好，从而能够使设备经济、安全地得以运行。

参考文献

[1]郭宏芳，张传斌，梁永平.电解铝整流供电系统中的无功补偿及高次谐波的抑制[J].材料与冶金学报，2010，09(z1)：123-125.

[2]平祝华.电解铝整流系统中的谐波研究[J].甘肃科技纵横，2009，38(4)：82-83.

[3]张秀丽.提高大功率硅整流器均流系数的措施[J].硅谷，2009(4)：72-73.