可控硅整流器在盐湖提锂中的选型及应用

摘 要：可控硅整流设备是采用可控硅把交流电变成大小可调的直流电的设备，可控硅为工作元件，具有节能无震动、无噪声、体积小、重量轻、整流效率高、调节范围宽、操作维修方便等优点。近年来，随着可控硅整流元件质量和容量的提高，可控硅整流装置的性能也有了进一步改善。本文阐述了利用离子交换膜电解提锂技术中电解整流器的应用，详细讲述了整流器的组成、选型、容量计算及自控控制等内容。让更多盐湖电解提锂行业技术人员了解和掌握可控硅整流器在盐湖提锂中的应用。

关键词：盐湖电解提锂；可控硅整流器；选型

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.06.020

1 引言

青海锂业有限公司是一家主要从事从盐湖中提取碳酸锂的企业，利用东台吉乃尔盐湖高镁锂比卤水为原料，卤水通过离子交换膜在直流电场的作用下选择性透过离子交换膜浓缩提锂。整流器作为离子交换装置的动力能源，直接影响着产品的质量和成本。公司之前对车间的生产工艺不熟和设备的选型不当，导致可控硅通角低，功率因数低，无功高，谐波电流大，设备发热严重，电耗高等问题导致车间产量无法提高，生产成本高，严重制约着公司的发展。在二期项目建设中，为了突破车间生产瓶颈和提高整流效率、降低生产成本，公司对国内的整流器厂家进行了调研、探讨，经过不懈的努力与厂家人员沟通，研究，最终采用湖南湘潭电机股份有限公司的XJKHS-1000/600整流器。

2 XJKHS系列整流器的构成及工作原理

整流器主要分为主回路和控制、检测、保护回路组成，主回路主要由整流变压器、有载调压开关、低压交流断路器、快速熔断器、大功率晶闸管等构成；控制、检测、保护回路主要由XJKDQ6全数字控制触发器、PLC、继电器、变送器、数显表等构成；其工作原理是将110kv供电电网提供的高压交流电，经调压变压器和有载分接开关降压调压后，送到整流变压器进行在降压，经6个双向逆并联晶闸管和平衡电抗器变换成连续可调的直流电，为电解槽提供直流电流，以满足电解槽的供电要求。

3 设备电气参数计算和选型

（1）设备工作电压选择时应考虑生产工艺要求和增加产量因素，工作电压按工作值（假设电压为400V）的1.5倍计算，

（2）考虑到海拔和气候因素： 设备选型考虑1.3倍电流过载能力.

设备选型工作电流IN=480*1.5*1.3=936A≈1000A

设备实际工作电流In=480*1.5*=720A

（3）理想空载直流电压：

（4）整流变压器阀侧电压Uvo

（5）晶闸管两端反向重复的峰值电压Urrm

整流柜额定输出时，元件两端峰值电压Udrm

Udrm= Uvo=×493=697（V）

整流元件的电压安全裕量Kau≥3.5

晶闸管两端实际的重复峰值电压为：

3.5×Udrm=3.5×697=2439（V）

取反向重复峰值电压Urrm =3000（V）。

（6）晶闸管电压安全裕量Kau

Kau=Urrm/ Udrm ==3000/697=4.30（倍）

（7）臂平均工作电流IA（AV）

IA（AV）=IdN/（N×3）=720/（1×3）=240（A）

（8）元件电流安全裕量Kai

取晶闸管电流为1500A，不考虑导通角波形系数时，取NP=1

Kai = IT（AV）×Np / IA（AV） =1500×1/240=6.25（倍）

则 Np =1，每柜共需元件数为：N=6×1=6（只）

（9）快速熔断器选择高分断能力RSK-800A/1000V单体快熔；

（10）整流效率的计算

整流元件损耗 Pfd

Pfd=[Vto×If（AV）+（360°/λ） ×Rto×If（AV） 2] ×N

=[0.68×240+（360°/120°）×（0.04/1000） ×240 2]×6

=1020（W）

式中：

Vto―KP-1500A/3500V元件的门槛电压，Vto=0.68V，（Tjm=125℃）

Rto―斜率电阻，Rto =0.040（mΩ）， （Tjm=125℃）

If（AV）―整流柜额定输出时流过每只元件的电流，本整流装置中，

If（AV）=720/（1×3×1）=240（A）

λ―整流元件在本电源中的实际导通角，λ=120°

N―每台整流柜内安装元件的总数，N=6

其它损耗为Pqd按工程考虑为整流元件损耗 Pfd的30%

Pqd= Pfd*0.3=1020*03=306W

额定直流输出功率Pdc=Udn×Idn=720×600=432（KW）

整流部分的整流效率 η=1- （Pfd+Pqd）/ Pdc =99.78%

4 综合自动化系统

整流综合自动化系统，由二台上位机系统互为冗余，30台S7-200可编程控制器组成，可控制30台整流柜，通过DCS上位机以太网与整流系统上位机通信，上位机与PLC通过PROFIBUS网通讯，用于采集信号、给定电流、给定控制。当机组运行中有1台整流柜有故障或需停机检修时，综合自动化系统可设定相应整流柜退出，不影响其他整流柜运行。DCS可通过整流系统上位机下传命令至PLC，控制整流器自动给定数据，以控制各整流柜的稳压或稳流，保证系统各种技术指标满足生产要求。

5 结论

采用可控硅整流器后，显著提高了输出效率，同时有效的降低了整流柜的温升，满足了在盐湖电解提锂生产中的连续性，高可靠性、高稳定度、高效率等指标要求；同时，该套整流装置的成功运用，大大提高了整流设备的整体利用率，降低了操作人员的工作强度和误操作率，保证了整流装置的安全、稳定、高效运行。

参考文献：

[1]湘潭电机股份有限公司整流器说明书[S].

[2]可控硅整流器及应用[M].天津人民出版社.

作者简介：解占孝（1985-），男，青海西宁人，本科，助理工程师，研究方向：电子信息工程技术。