电解铝生产过程中供电整流系统功率因数控制研究

电解铝生产过程中供电整流系统功率因数控制研究

覃国林

（中国铝业股份有限公司广西分公司生产技术部）

摘要：对于用电企业来讲，控制功率因素，不仅能够提升电利用率，同时能够有效节省生产成本，具有非常大的意义。基于此，本文中笔者将对电解铝生产过程中供电整流系统功率因素控制进行简要分析，并提出相应的控制策略，希望可以对读者提供有价值的参考。

关键词：电解铝；生产过程；供电整流系统；功率因数；控制

作为一种指标，功率因数是衡量电网电能效率的关键，主要是指有功功率和视在功率的比值。如果电路用于交变磁场转换的无功功率小，功率因数表现为较高值，反之，功率因数低[1]。当出现功率因数低的情况，设备对电能的利用率也会降低，系统供电的损失会加大，从而造成企业的生产成本增加。在生产电解铝的企业当中，电费支出约占总支出的一半，因此，对于电解铝生产过程中供电整流系统功率因数控制的探讨具有重要的现实意义。

一、电解铝生产对功率因数控制遵循的基本原则

从遵循原则上来看，符合相关部门的规定以及功率因数与其它指标的平衡性，是电解铝生产企业在生产的过程中需要遵循的原则。

（一）满足相关部门的要求

为了能够相应相关部门的规定，某地区电力主管部门对该地区内用电量较多的企业实行奖惩制度。主管部门对用户进行分类，主要根据用电性质、电设备容量等，将功率因素分为三个级别，即0.8、0.85、0.9，并根据当地用电企业是否能够控制用电费用进行减收政策。以该地区主要生产电解铝的A企业为例，该企业在进行电费调整时，主要是按照功率因数标准0.9进行。以0.9为标准，如果功率因数为0.91，减收电费0.15%。如果功率因数达到0.95或者超出了这个标准，只收取电费的25%，甚至更少。但是，如果当月功率因数如果到了0.89，增加电费0.5%，也就是没减低0.05，电费就会增加相应数额；当功率因数达到0.65~0.7之间时，则每降低0.01，电费就会增加1%；如果在低于0.65，那功率因数每降低0.01，电费会增加2%[2]。

（二）功率因数与其它指标的平衡性

整流交流电是在电解铝生产过程中需要涉及到的内容，继而为直流电进行供电。在这个过程中，对功率因数、整流效率等多个环节进行充分考虑，才能在最大程度上实现消极，因此，确定最佳平衡点是非常必要的工作。

首先，将功率因数控制在一定范围内，避免出现太大变化，从而尽量降低波动幅度。其次，对功率指标的调整和谐波治理进行充分、统一的考虑。能够达到目标的最好方式为，调整整流系统输出直流电的平稳度，进而提升指标的数值。最后，为了可以在最大程度上将整流效率改善，在确定功率因数时要确保采用科学的方式，对此，可采用谐波补偿方法以确保有效性[3]。

二、电解铝生产过程中供电整流系统功率因数控制的具体方式

为了能够更好的叙述控制方式，以下笔者仍然以上述企业一期电解系列整流机组为例。如图一所示，共有四台92MW的整流机组组成一期电解系列整流机组，每台整流几组的构成都是由无功补偿兼谐波治理谐波装置以及硅整流器、调压变压器、硅整流器等设备组成，整流机组能够将110KV的工频交流电能转换为1200V/2800KA的电能[4]。具体能容为以下几个方面：

（一）对自流额定额定电压进行科学合理的确定

一般来讲，在自流供电系统中，调压工作主要是由晶闸管与OLTC设置完成，以此满足电网调试启动、电压波动等多方面需求。功率因数及效率越高，则代表机组的而定电压越接近正常运行电压。但是，在具体工作的过程中，额定电压会高于运行电压，为了在调整的时候不对功率因素造成太大的影响，需要先配置上OLTC，在进行将电压范围向较大值进行调整。另外，从具体的工作实践情况来看，当其中整流装置能够在系列工作时保持电压稳定，可以将OLTC的最佳级数确定出来。

（二）谐波装置电容投入组数能够影响功率因数

正常来讲，在电解铝生产过程中使用的整流机组，在调压变压器利用其第三绕组抽头引出设置L-C补偿装置，具体发挥的功能主要体现在两个方面：第一，对整流系统进行无功补偿，以此提升功率因数。第二，将整流变压器形成的谐波全部吸收，也就是我们前文提到的无功补偿兼谐波治理装置。

而对于主线来讲，主要涉及到的部分有以下几处：对3组电容器与RLC滤波装置，对补偿装置进行合理确定，将谐波对电网的负面作用在很大程度上降低，同时也能够将功率因数与整流效率有效改善[5]。对电容器的组数进行确定，以现场测试的数据作为基本参考，确定配置几组电容器最合适。在上述企业中，相关工作人员对当时一期整流机组在当时的负荷前提下，测试了总体功率因数与组数之间的关系。由得出的结果可以得知，在生产条件处于正常状态的前提下，功率因数与组数呈正比关系。只有1组电容器时，及时整流效率很大，整理机组能够损耗的电量也较低。但是，功率因数却超出了以0.9为限度的收费标准，无法享受当地的优惠政策。如果有3组电容器，虽然功率因数非常大，但是，整流效率有所下降。经过反复研究，得出结论，只有当电容器为2组时，才能既享受当地的优惠政策，又能保证整流效率。因此，对于电解铝生产厂家来讲，想要保证成本与优惠间的均衡性，就要将电容器组数控制在两组。目前为止，当地政府还没有出台更新的优惠政策，因此，只要将功率因数的指标控制在0.95以上即可，并且不要相差太多。

（三）电解槽系列符合变化影响功率因数

首先，电解槽会在电解系列正常运行的情况下产生效应，只有系统电压升高，才能使电解槽电压升高。基于此，整流机组的功率因数会有所增加，同时增加的还有输电流正当范围。但是，这种情况不会不具有长效性，只是瞬间发生的情况，而功率因数指标的求定，需要按照全月的平均值进行，而这种短时间内产生的影响并不明显。

其次，电解槽在生产过程中停止运行。电解系列负荷会因电解槽停槽而减少，系列电压也会随之降低，此时功率因数也会降低。针对于这个问题，需要对OLTC的最佳级数进行再次确定，然后根据新得出的结果解决。但是，需要注意的是，如果停槽的电解槽数量较多，需要对电容量进行科学的调整，进而对谐波治理装置的参数进行重置[6]。

结束语：

总而言之，在电解铝生产的过程中，对功率因数进行控制具有非常重大的意义上。但是，功率因数并不具有独立性，与之有着紧密联系的还有整流效率、电流平稳度等，在对其进行控制的过程中，需要充分考虑到各指标之间的联系，找打能够平衡三项指标的点，在将功率因数控制在合理范围内，提升用电效率。对于用电企业来讲，对功率因数进行控制虽然能够提升用电效率，但并不是说功率因数的值越高就越好，要兼顾多项指标，以此确定出最合适的功率因数。

参考文献：

[1]张红伟.浅析供电系统功率因数控制在电解铝生产中的应用[J].企业技术开发（学术版）,2017(11):77-79.

[2]刘德发.全数字整流控制系统在电解铝供电系统中应用的节能研究[J].低碳地产,2016(9):167-168.

[3]乔树通,姜建国,黄瑞赞,等.全数字整流控制系统在电解铝供电系统中应用的节能研究[C].//第二届电工装备创新与发展论坛论文汇编.上海交通大学%江苏大屯铝业有限公司,2007:58-61.

[4]范文安.电解铝整流供电系统110kVGIS改造[J].冶金设备管理与维修,2017(4):7-8,12.

[5]覃国林.电解铝整流供电系统中的无功补偿及高次谐波的抑制[J].魅力中国,2016(3):85-85.

[6]倪保利.电解铝生产过程中供电系统的功率因数控制[J].轻金属,2015(08):55-58.