电解铝厂的无功补偿及谐波治理

   电解铝厂整流电源需要较大无功率和产生大量的高次谐波，随着整流电源容量的增大，特征谐波和非特征谐波含量也都在增加，几乎都严重超标。这些超标的谐波和较大的无功需求，如果不治理或治理的不到位，将影响供电的电能质量和安全运行，同时也影响铝厂的经济效益和用电系统的安全运行。
    1 电解铝厂的供电系统
    电解系列一旦非计划停电，将造成重大经济损失。因此电解铝厂为一级用电负荷。对于一级负荷要求有两个独立电源供电。目前，电解铝厂直供电压可以作到220kV、110kV。如果电网这个电压等级容量满足铝厂需求，就可以采用二回来自不同电源的线路，直接送到铝厂整流所的双母线上，再向整流机组送电；如果电网这个电压等级的容量不满足铝厂的容量需求，则需要电网上一级电压等级的二回来自不同电源的线路。如330kV、550kV等经电解铝厂整流所的降压变压器降压至220kV或110kV，再向整流机组送电。

    2  电解铝厂的整流电源
    冶炼铝用的电解槽是几百个串联在直流回路中，单槽电压4V多一点，系列电压1300V以上。系列电流可达400kA以上，目前单台整流器大多作到10kA左右。采用多台整流器并联来满足系列电流的要求。常采用N+1的原则。即用N台整流器并联满足电解系列额定电流的要求，加一个备用。正常时，N+1组同时运行。某台故障退出运行后，N台仍能满足电解系列的要求。
电解整流器，大都采用2个6脉波，即二个相差30°的三相桥整流电路。形成单台整流机组为12脉波的整流器。如N+1台整流机组数为6台。则移相后为等效72相。

    电解槽一次焙烧启动2～4台，焙烧5～7天，然后再焙烧启动2～4台，一个电解系列，启动时间长达半年之久。电解槽启动初期，电压很低，直流侧只有20V左右，需要提供大量的无功功率。这时，需要兼有无功补偿功能的滤波装置，部分通道或全部通道投入运行，用来保护母线电压保持在适当水平。电解系列启动初期，事故较多，经济停电，排除事故再投，这就要求，滤波装置在整流机组分断后，也立即切除，以免造成无功反倾，电压过高，造成更大的事故。
电解系列完全启动后，系列电压波动很小，从几十伏到一百伏左右，电压波动超过100V以上的机率很小，通常采取保证电流不变而调整电压的稳流办法。滤波器设计和元件参数计算应能满足这种需求。

    3   电解铝厂的谐波

    3.1  电解铝厂的谐波特点

    前面已经提到，电解铝厂整流器，都是采用两个6脉波，即两个相差30°的三相桥整流电路，形成单台整流机组为12脉波的整流器，几个12脉波整流器并联组成整流系列。如：24、36、48、60、72相整流系列。其特征谐波次数为：n=pn±1，n=1,2,3……。而6脉波的特征谐波为：5，7，11，13，17，19……。12脉波的特征谐波为：11，13，23，25，35，37……。三相6脉波整流器谐波电流的典型频谱如表1。

表1        6脉波整流器谐波电流频谱

表2   12脉波整流器谐波电流频谱

    从表1，2中看出，以6脉波组成的铝厂整流器，其谐波含量符合ln≈1/h，由于换相的平波作用,实际值会比上述值小。

    由于供电系统参数的不对称,或整流机组各元件参数的不对称性,实际谐波含量与上述值将有所不同。因此,铝厂整流机组的谐波含量,最好经过实际测试。如果没有实测条件,也应在设计上留有可能出现的偏差。