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铝电解供电系统非同相逆并联整流器

在所有大功率整流电源应用中，铝电解工业对整流电源容量的需求不论是输出电压还

是输出电流都是最高的。由于铝电解生产工艺的特殊性，其对直流供电系统的可靠性要求也

是最高的（整流电源处于一级负荷）。

近十几年来我国铝电解工业获得了迅猛发展。单系列电解铝年产量从几万吨增至25-30万

吨，系列电流容量已从70KA增至350KA-400KA，系列直流电压已增至1350V，系列中并

联的大电流整流器数量多达12-14台。这些因素形成整流器直流出口和整流器内部直流短路

容量十分巨大，其产生的短路后果十分严重的。

2铝电解整流器现状

受当时国产整流器制造技术的影响，国内早期投产的几个较高直流电压系列均采用了

进口非同相逆并联整流器。目前，随着国产整流器制造水平的提高，除个别低直流电压系列

（为降低直流电源的功率损耗）使用了国产双反星形同相逆并联整流器之外，国内近些年投

产的绝大多数铝电解系列采用的都是国产三相桥式同相逆并联结构整流器。铝电解用整流器

单台额定输出直流电流已达50KA-60KA。

同相逆并联结构的实现在于：整流器内采用正反两组整流桥，桥间处于同时导电的两支

正反极性导电臂尽可能地靠近布置形成逆并臂对，来降低逆并臂对外部的大环路磁场。

同相逆并联结构的最大优点在于：降低整流器壳体的磁场涡流损耗，并改善整流器臂

内器件之间的均流。因此，可以降低大电流整流器的制造难度。此种结构也是目前国内整个

电解行业应用最为普遍也最为成熟的大电流整流器结构型式。

同相逆并联结构的缺点在于：由于正反极性导电臂靠近布置，致使大电流整流器在直流

电压较高时，保证逆并臂对内的绝缘安全性难度增加。而且，逆并臂对内一旦击穿，（由于

距离非常近）短路点间的阻抗将极低，短路危害也将十分严重。另外，对于高粉尘和极低湿

度的运行环境，绝缘部件表面的粉尘和静电积累将非常严重，也容易引起部件周围电场改变

和正负极间超常规的意外飞弧，高压条件下运行安全性欠佳。

逆并臂对的主要击穿短路有两种：

a.交流侧击穿短路：结果导致整流变两组正反二次绕组的串联整流，本组整流器形成1

倍、1.732倍和2倍（各2次）额定交流电压的6相桥式整流输出。因此，本组整流器过载

十分严重。

b.直流侧击穿短路：整流臂对直流侧的击穿将直接造成本整流器内部直流短路和系列总

汇流短路的同时发生。后者将造成故障整流器的严重逆流。由于大型铝电解系列功率容量巨

大，其逆流造成的危害不可想象，现场境况残不忍睹。短路造成的经济损失少则几百万，多

则以亿计。

事物是一分为二的，没有十全十美。同相逆并联整流器是以牺牲电绝缘安全性为代价来

换取电流和磁场特性的改善。然而，这种牺牲对大容量铝电解系列来说是不可取的和致命的。

事物往往会由量变导致质变。近些年来，随着铝电解系列容量和直流电压的大幅度提高，

国内铝电解系列整流器短路事故接连不断，按下葫芦起了瓢。过去在低压系列上处于次要地

位的同相逆并联结构整流器的缺点，在高电压铝电解系列上成为了事故的重要因素。当然，

前些年国内铝电解行业整流设备价格的恶性竞争，整流器用户和制造厂都共同忽视了整流器

的绝缘安全性对铝电解生产的重要性，也是导致事故的重要原因。

经过多起事故之后，国内各铝电解用户对可能存在事故隐患的整流器纷纷予以技术改

造。在新项目中全部提高了对整流器制造中主电路器件和绝缘材料的高标准要求。在对进口

元件和快熔投以青睐的同时，对绝缘板材的材质和厚度要求也都达到了创记录的水平。因此，

定货整流器的成本得到了大幅度提升。

尽管采取了上述这些措施，但是，导致重大损失的整流器短路事故的发生仍未有停止。原因

何在？充分说明导致整流器直流短路的本质原因仍未解决。

3降低整流器短路危害的措施

经过一个个惨痛的事故和教训，在铝电解用户中产生了强烈的提高整流器绝缘安全性和

降低短路危害的严重性的愿望。这也是众多整流器制造厂商义不容辞的责任。

解决该问题的出路有两条：

i.仍采用同相逆并联结构，强化电绝缘措施，最大限度地降低同相逆并联臂对中前述两种击

穿短路发生的可能性。

ii.放弃同相逆并联结构，采用非同相逆并联型式整流器。

对于上述第一条措施，由于同相逆并联在主电结构上的空间复杂性和正负极间距极小的

固有缺点，为确保和实现同相逆并联效果，从电结构上无法加大短路点间距离和阻抗。采取

任何强化电绝缘措施也只能是不得已情况下的被动地防护，最大限度地降低上述两种击穿短

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