整流器缺相的判定与保护

王永升

（中国石化股份有限公司齐鲁分公司氯碱厂，山东淄博255411）

整流器缺相的判定与保护

王永升

（中国石化股份有限公司齐鲁分公司氯碱厂，山东淄博255411）

整流器的缺相保护一般都没有设置，通过理论分析，提出了整流器缺相的的判定依据以及变相实现缺相保护的方法，使设备运行在安全可控的范围内，避免次生事故，实现整流设备的长、安、稳运行。

整流器；缺相；综合保护器；微机保护

1 整流器缺相保护现状

由于整流器缺相（整臂脉冲丢失）的判定信号比较难取，整流器自身的故障保护中一般都无此保护，既使有此功能，也只对自身发出脉冲的检测，仅能保证整流器的控制、触发系统的完好，而其发出的脉冲经过传输线到达整流柜的脉冲变压器，再由脉冲变压器输出至可控硅，这一传输过程中一旦不畅（脉冲传输线的短路、开路、接线端子虚接、脉冲变压器故障等），就可造成整流桥臂的缺相运行，轻则使供电电网中谐波含量增加、输出直流电流不能达到整定值，严重的则导致金属整流柜壳谐振、非故障相因电流的上升而发热严重，导致次生事故的发生。

2 整流器缺相的判定依据与保护方法

2.1 判定依据与计算

整流器正常运行时，直流电流是十分平稳的，一般波动小于（±1）%，三相交流电电流值基本是相等的，它们之间的不平衡度几乎为零。而整流器一旦缺相运行，输出的直流电流突然降低，三相交流电电流值的不平衡度就会变大（多数情况），根据直流电流突然降低和三相交流电电流值不平衡度的变化情况，就能判定整流器是否已经缺相，这就是整流器缺相的判定依据。电槽负荷近似电势与电阻的串联，直流供电电压与电流可看作同相位，据此来探讨整流器的缺相保护问题。在理论分析中，将实际的电解槽直流供电简化，见图1。

图1 电解槽直流供电简图

三相全控桥整流，相电压有效值为U2、线电压的有效值为U2L，控制角α（通常，10°≦α≦30°），正常时，整流器的输出电压，电流Id正常=，正比于电压。同样，缺相时，各种情况下整流器输出电流Id、及Iu、Iv、Iw中最大与最小值之间的数量比较，都可看作是各种情况下直流电压的比较，故在下面的讨论中，就各种情况下的输出电压的比较，作为相应电流的比较。

（1）当某一桥臂缺相时（如3#可控硅臂脉冲丢失），相应的波形图见图2。

图2 1个桥臂缺相时的波形图

根据图2可求得：

上式中，部分，就是图2中含有▲的阴影部分。此整流电压大部分时间较低，整流器不会有电流输出，故计算电流时可以忽略，因此，

以上情况表明某一桥臂缺相时，整流器的输出电流会突降1／3，同时，最大相的电流是最小相的1.5倍。

（2）当某2桥臂缺相时（如3#、4#可控硅臂脉冲丢失），相应的波形图见图3。

图3 2个桥臂缺相时的波形图

以上情况表明，当2桥臂缺相时，整流器的输出电流会突降1／2，而三相交流电流值几乎相同。

（3）其他形式的某2桥臂缺相（同一极或同一相）时，整流器的输出电压与电流突变更大。至于整流器桥臂缺相更多的情况，现实中几乎不会发生，故不再讨论。

2.2 保护方法

整流器缺相运行时，有时交流侧的过流保护会动作跳闸，此时故障显示为过流，人们通常按引起过流的原因去分析、排查故障，往往耗费很多时间、精力，忽略了整流器缺相也可造成过流这一事实。整流器缺相引起过流的过程是，一旦整流器缺相运行，则整流器的输出电压就会降低，相应的输出直流电流就会降低。在正常运行时整流器都是恒流控制，于是控制系统自动调节变压器的OLTC来增大用于整流的交流电压，或者降低可控硅的触发角的角度，以便增大输出电压、提高输出电流，这一过程很快会使得变压器因过流而动作；而有时在缺相运行时，过流保护等保护都未动作，此时的故障现象是，整流器输出电压、电流降低。造成这一现象的原因是，整流器已经运行在变压器的最大整流输出电压、触发角已在最小，或虽未运行在最大整流输出电压，但OLTC处于手动状态。为准确判定出整流器的缺相，为故障处理赢得时间，减少次生事故，依据整流器缺相时的电流变化情况，可做如下保护。

（1）整流器控制系统一般都有后台微机监控系统，在微机监控系统中，整流变压器的三相交流电流值、整流器的电流输出值都有采集和显示，根据已经采集来的三相电流值和整流器的电流输出值，设定1个整流器输出电流向下变化率的报警（或跳闸）限值，如每秒变化20%。虽然缺相时，最小的降幅也在1/3，但限值的选取既考虑这种情况，也要考虑微机的采样周期及整流器的恒流调节，实际应用中需综合考虑。另外，缺相最有可能的是某一桥臂缺相，此时三相电流不平衡，也可按其差值设定报警（或跳闸）功能。总之，可根据缺相时的直流电流突变及相电流的突变与不平衡来灵活设置报警或/和跳闸。

（2）在整流系统的综合保护器的选择上，选择有三相电流不平衡保护功能的保护器，这样就可以设定不平衡时的报警与跳闸（整流器最有可能的某一桥臂缺相时的保护）。

3 结语

（1）本文论述的是可控硅桥式整流，对于其他型式的整流，文中整流器缺相的判定依据与保护方法同样适用，不同的是同样的缺相，其整流器输出电流突降的幅度不同、三相交流电流值不平衡度也发生了变化，设置相应的保护时，需根据实际的整流电路型式计算。

（2）本文论述的三相电流值是基于整流器的阀侧绕组。如果信号取自整流变压器的一次绕组，对于1个一次绕组、1个二次整流绕组结构形式的变压器是适用的，如果是其他形式，须将各整流相电流有效值换算到一次侧。

（3）有时，整流柜内大量元器件烧毁，一般认为是过压击穿造成，很多情况下是桥臂缺相造成，尤其同向逆并联的（因谐振而拉弧短路），故为了判定故障种类，微机中电流的采样周期要短。

Open phase determination and protection of rectifier

WANG Yong-sheng
(Chlor-alkali Plant of Qilu Branch,SINOPEC,Zibo 255411,China)

The open phase protections of rectifier are generally not set nowadays,once running with open phase,secondary accidents will happen easily.Through theoretical analysis,the criterion of open phase of rectifier and a disguised method of achieving open phase protection were proposed,so that equipment operating in a safe and controllable range,to avoid secondary accidents,make rectifier equipment to achieve the long,safe,stable operation.

rectifier;open phase;composite protector;computer protection

TM461

B

1009－1785(2011)02-0009-03

2010-09-15