吴迪思
(深圳市地铁集团有限公司)
摘要：整流器的主要组成部分包括二极管、二极管散热器、故障显示器件以及整保护器件等部分，其主要作用是将交流电转化为直流电，以满足地铁车辆用电需要。本文围绕着深圳地铁一期工程中出现的容量相同但设备不同的整流器二极管配置问题展开分析和讨论，对二极管配置的相关计算方法以及整流器的均流均压方法作了进一步研究。
关键词：地铁工程；二极管配置；整流器；均流均压方法
目前，国内地铁整流器的二级管配置仍未有相应的国家标准，致使不同区域地铁工程中相同容量整流器的二极管配置参数无法统一。同时，由于地铁线路数较多，厂家提供的整流器中，二极管的配置方法有着很大的差异，在价格上也呈现出明显的差异性，在此情况下，有必要对整流器二极管的配置方法进行总结和分析，寻求更加经济、有效的配置方案。
一、整流器的二极管配置方案
一套12脉波型整流机组由整流变压器、整流器、辅助、控制回路以及相关配件等组成，两套12脉波整流机组经匹配可以构成一套AC35KV/DC1500V等效24脉波整流机组。单机组12脉波整流电路是由两个三相全波整桥并联组成的，在每台整流变压器的绕组结构中，二次绕组主要包含星形绕组与三角形绕组，主要向三相整流桥提供电能。错开整流变压器的二次侧星形绕组、三角形绕组对应的线电压相位，就可以形成三相整流桥通过并联组成的12脉波整流电路。当供给两台12脉波整流器的整流变压器高压网侧并联的绕组分别采用±7.5°外延三角形联接时，两套整流器并联运行即可构成24脉波整流。
本工程中，二极管采用的正向平均电流均为2000A，型式为平板式整流二极管，反向重复峰值电压为4.4kV。共有两种二极管配置方案：(1)一种方案是将整流器(3450kW)每个整流臂与5个支路并联，一个二极管即为一个支路串联数。(2)另一种方案是将整流器(2200kW)每个整流臂与3个支路并联。这两种方案均能保证当整流器中与桥臂并联的任一二极管出现损坏时，整流机组均能够正常运行，并且符合整流器过负荷要求，能够满足承受短路电流等基本要求。其承受短路电流功能情况如下表1。
表1整流器可承受短路电流功能
整流器功率(kW)22003000
短路电流(kA)2540
二、整流器的均流方法
整流器二极管在并联使用的情况下，其不同并联支路容易产生电流不均匀分配情况，特别是若导通处于稳定状态时，各二极管因为存在正向压降差异，易导致电流分配不均匀，通常将其称作稳态均流现象。因此，为了合理地解决这一问题，需采取一系列均流方法，具体均流方法的设计原则及优劣势如下。
(一)选配原件
这一方法的设计原则为：全部并联元件必须为同级正向压降元件，同时尽可能保证不同元件正向压降差超出0.05V。这种均流方法比较适用于并联数少、具备选配条件等特殊晶闸管整流器中，也适用于整流管整流器。其主要优势在于装置结构简单，无需附加器件，选配合适的元件能够提高各并联支电流的均衡度；劣势在于更换元件时较麻烦，选配工作耗时长。
(二)应用均流互感器
在这一均流方法的设计中，需确立均流互感器的绕组匝数以及贴心面积，以得到均流互感器的WS参数范围。这种均流方法可用在每臂有较多支路数的整流器设备上。其优点是结构简单、重量和体积均要小雨均流电抗器，缺点为若支路数过多(支路数>2)，结构将变得较为复杂，同时其对di/dt的抑制作用无法与电抗器相比。
(三)串联电阻
运用串联电阻以解决电流不均问题，需保证电阻值要符合额定电压下的实际电阻压降特点，一般控制在0.5v左右较好。这种均流方法的使用范围比较狭窄，通常只用于特殊场合，如变流装置的容量较小等情况。串联电阻虽然有着较好的均流效果，但是其运行效率不高，而且对瞬态均流不起作用。
(四)均流电抗器串联
在均流方法的设计中，有必要考虑如下最不利因素：当电路属于多元件并联，除一个元件的正向压降比较低以外，其余元件的正向压降相同，同时整流臂总电流属于矩形波，那么对于在各支路中串联的均流电抗器而言，为了保证支路压降总和能够趋于一致，其电感值应该按照处于同级的单个元件正向压降差来计算。这种均流方法适合元件选配困难、且产量大的情况，尤其适合需有效抑制di/dt的整流器设备。其优势为不需要特别选配元件，既能够有效抑制di/dt，同时还能够抑制du/dt；劣势为整体装置结构比较复杂，其电抗器本身的重量和体积均比较大。
三、整流器的均压方法
在整流器二极管的配置中，如果二极管为串联使用，当其处于阻断状态时，由于伏安特性差异，漏电流数值不同，容易产生电压不均匀分配现象，通常称为稳态均压。在解决这类均压问题时，可以选择将二极管的并联电阻Rp当作均压方法。此外，若二极管在反向恢复中产生了不同的电荷量，这一情况也可以导致电压分配不均情况出现，通常将其称之为瞬态均压。
为了解决这一问题，可以通过并联阻容Rb和Cb电路来保证均压，在这种均压方法中，阻容电路不仅可以发回瞬态均压作用，而且还能够对换相过电压产生抑制作用，在此情况下，阻容值除了要根据均压要求进行计算以外，还需根据换相过电压抑制要求来进行复算，阻容值最终结果取两次计算中的偏大值。
(一)稳态均压
针对稳态均压问题，选择将二极管的并联电阻Rp当作均压方法。在并联电阻Rp取值范围的确立过程中，应该明确二极管中与额定反向重复值电压相对应的二极管电阻，分析二极管数据中的漏电流是峰值还是平均值。同时根据不同相电路及其导电度数来计算电阻耗散功率。
(二)瞬态均压
若串联元件有着不同的恢复特性，一般情况下，元件中最先恢复的一个常常承受着很高的电压，此时，可以通过采取并联阻容Rb和Cb电路以消除这一现象。同时，若元件未通过特殊挑选，且串联数量较少，元件在反向恢复中由于恢复特性不同，容易造成较为严重的电压不均现象。此时，需根据换相电压以及串联元件间恢复电荷差值的最大值来确定电容Cb，而电阻Rb主要与Cb串联，其作用在于对回路电流Lt以及电容Cb导致的震荡产生抑制作用，通常其数值范围在10~30欧姆之间。
小结
通过产品试运行，本次研究中通过两种方式配置的整流器在运行过程中未出现过负荷、过热情况，能够很好地用于工程实践中，此外，整流器的其他性能均表现良好，谐波治理较为简单，表明此次二极管配置方案比较成功，能够满足工程的实际需要，可以保障地铁车辆用电的安全性和稳定性。
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