電解鋁供電整流系統(tǒng)優(yōu)化改造思路探討

【摘要】隨著科技的發(fā)展和社會的不斷進(jìn)步，電解鋁行業(yè)發(fā)展迅速，新科技和新設(shè)備的運(yùn)用使得電解鋁技術(shù)的水平有了很大提高，逐漸向更大規(guī)模發(fā)展。目前電解鋁的電解槽和整流設(shè)備逐漸向更高電壓和更高電流的等級發(fā)展，隨著電流和電壓的不斷增大，整流技術(shù)需要進(jìn)行改進(jìn)和完善，以適應(yīng)系統(tǒng)大功率的生產(chǎn)要求。由于供電整流裝置的技術(shù)水平已經(jīng)滿足不了系統(tǒng)形勢的發(fā)展，必須要對該整流裝置進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，提高其性能。但通常在改進(jìn)和創(chuàng)新時(shí)注重的是元件中的各個(gè)參數(shù)、快熔數(shù)量和元件增加等情況，忽視了電流和電壓增大給系統(tǒng)帶來的影響，具體包括對結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定、絕緣等問題，給系統(tǒng)運(yùn)行增加了困難。本文主要針對電解鋁供電整流系統(tǒng)優(yōu)化改造的思路問題進(jìn)行研究和探討，并根據(jù)存在的問題提出合理化的建議和措施。

【關(guān)鍵詞】電解鋁；供電整流系統(tǒng)；優(yōu)化改造；思路探討；建議措施

近幾年，我國的科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，尤其是在電解鋁行業(yè)中，為企業(yè)的發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和綜合效益。但由于電解鋁行業(yè)的技術(shù)較為先進(jìn)，生產(chǎn)工藝相對復(fù)雜，在生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)一系列的問題和故障。調(diào)整電解鋁整流設(shè)備的電壓和電流時(shí)也會出現(xiàn)一些問題，再加上市場的惡意競爭，給整流機(jī)組帶來了極大的安全隱患。為滿足系統(tǒng)的運(yùn)行需求，就需要對整流的裝置設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，提高整流設(shè)備的技術(shù)水平和運(yùn)行效率，適應(yīng)系統(tǒng)的環(huán)境變化。

一、設(shè)備的主要參數(shù)

某公司的電解分為兩個(gè)系列，在每個(gè)系列中都會設(shè)置六臺整流供電機(jī)組，在每個(gè)系列配置260臺電解槽，整流機(jī)組采用5+1的方式進(jìn)行，系列電流控制在300KA，其中整流機(jī)組的主要參數(shù)為：機(jī)組額定電壓為1200V，機(jī)組的額定電流為2×33kA，額定容量分別為：一系列定位92460KVA，二系列的定位103196KVA，機(jī)組臺數(shù)為六臺，單機(jī)的組脈波數(shù)為12，六臺整流機(jī)組等效脈沖波數(shù)為72，電壓器和自飽的控制深度為DC90V。其中整流變壓器調(diào)壓采用200KV直降，二次調(diào)壓使用的是79級調(diào)壓開關(guān)，采用遞降方式來調(diào)變接線。同時(shí)采用鐘罩結(jié)構(gòu)作為整流變壓器的結(jié)構(gòu)，一次繞組和二次繞組為同相逆并聯(lián)方式連接，一次繞組為星形和角形，二次繞組為正反三角形的方式接線。

整流柜的冷卻系統(tǒng)是采用水—水冷卻系統(tǒng)，采用下進(jìn)上出的進(jìn)出線方式，其采用接線方式使用的是二極管三相橋式同相式并聯(lián)法，且在每臂上設(shè)置5個(gè)二極管，并采用并聯(lián)的方式連接，反峰電壓控制在5000V，而電流為4680A。

二、改造供電整流系統(tǒng)的重要意義

在該公司的整流機(jī)組中，一系列的六臺整流機(jī)組都投入使用，電解槽的數(shù)量為258臺，達(dá)到了滿負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)；而二系列的六臺機(jī)組投入使用，但運(yùn)行的電解槽數(shù)目為88，占到三分之一，沒有達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)。公司中整流柜的整體穩(wěn)定性和可靠性較強(qiáng)，整流器中的快熔和二極管等元件都是采用先進(jìn)的技術(shù)打造，配置上占據(jù)一定的優(yōu)勢。隨著系統(tǒng)運(yùn)行的加快，導(dǎo)致整流裝置跟不上系統(tǒng)的節(jié)奏。公司中整流裝置中存在很大缺陷，其中具體會表現(xiàn)在：1）直流母線框架出現(xiàn)發(fā)熱；2）整流柜運(yùn)行振動(dòng)大；3）二次輔助的網(wǎng)路元器件配置較低；4）整流柜內(nèi)電容漏液；5）正負(fù)匯流母線之間的間距太?。?）絕緣材料的質(zhì)量較差。由于這些因素的出現(xiàn)導(dǎo)致整流機(jī)組容易引發(fā)安全事故，影響了電解生產(chǎn)過程，降低了生產(chǎn)效率，給整個(gè)系統(tǒng)安全造成嚴(yán)重威脅。所以為了提升電解鋁供電整流系統(tǒng)優(yōu)化和改進(jìn)的水平，優(yōu)化改進(jìn)措施和改進(jìn)方案，需要加大對問題和缺陷的分析和研究，制定有關(guān)措施來解決和處理問題。

三、整流機(jī)組存在的不足

（一）整流柜無隔弧的措施

近幾年對整流柜爆炸事故的原因分析，多數(shù)都是因?yàn)闆]有完善無隔弧措施或隔弧措施，導(dǎo)致整流柜同相逆并相間缺少防弧隔板，頂部回流正母線跟負(fù)橋臂、匯流負(fù)母線跟正橋臂之間的距離為50mm，小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值75mm，所以會因短路發(fā)生事故。

整流柜的內(nèi)部元件和快熔下側(cè)管路間未做好防弧措施，容易導(dǎo)致短路事故。

（二）整流柜過電壓保護(hù)裝置和元件的問題

系統(tǒng)中電壓裝置和換壓電壓裝置的電容型號和質(zhì)量不過關(guān)，引起安全隱患，嚴(yán)重的會引起爆炸。將所有的電壓裝置和換向電壓裝置都安裝在整流柜中，容易因熱量太高而發(fā)生爆炸。

未考慮設(shè)計(jì)時(shí)的電阻，使得元件反向電壓加大，減少了電容器的使用使命。

（三）二次線選型不合理

在高壓的環(huán)境下采用普通的多股銅線作為二次線，可靠性較差。

（四）保護(hù)設(shè)計(jì)問題

沒有設(shè)置反向的限過電流的保護(hù)措施，缺少逆流保護(hù)裝置，當(dāng)整流柜出現(xiàn)正負(fù)極短路時(shí)，就會導(dǎo)致很大逆向電路出現(xiàn)，使得故障機(jī)組無法修復(fù)，給母線的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大損害。并且無法在整流柜和電解槽出現(xiàn)故障時(shí)，迅速的將六臺機(jī)組斷開，消除故障源。也就說這個(gè)系統(tǒng)沒有總停開關(guān)，降低了處理應(yīng)急事故的效率和速度。

正因?yàn)闆]有設(shè)置離極保護(hù)，所以當(dāng)出現(xiàn)離極事故時(shí)，過電壓無法隔斷，將直接損害機(jī)組，影響整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

（五）未完善綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

智能測控裝置的抗干擾能力較差，有時(shí)還會出現(xiàn)死機(jī)的現(xiàn)象，降低了通訊的傳輸效率，且在后臺的信號過于冗雜，沒有條理化的管理。

四、整流系統(tǒng)優(yōu)化改造的內(nèi)容

1.整流柜內(nèi)同相逆并相橋臂之間增加隔弧板

在進(jìn)行整流柜內(nèi)同相逆并相橋臂間設(shè)置隔弧板時(shí)需要使用的材料為高分子的復(fù)合材料SMC，安裝方式為插槽式，主要特點(diǎn)可以概括為機(jī)械的性能良好，且具有耐腐蝕、阻燃、耐熱，介質(zhì)的損耗較小等優(yōu)點(diǎn)，所以使用較為廣泛，提高了整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性。

2.正負(fù)匯流母線隔弧處理

在一系列的整流柜中無法采用隔弧處理，因?yàn)檎鞴裰姓?fù)匯流母線間的距離太小，無法滿足操作要求，所以需要將所使用的硅橡膠復(fù)合材料按照原材料的形狀進(jìn)行壓縮，然后再進(jìn)行安裝和配置。該材料具有很多優(yōu)勢，所以被使用的較多，其中涵蓋了阻燃、絕緣性能好、散熱快等優(yōu)勢。其中在溫度大于40度的環(huán)境下都可以發(fā)揮很好的效果。對于二系列的隔弧處理可以分為三個(gè)部分進(jìn)行，上側(cè)的母線室、中側(cè)的元件和橋臂室和下側(cè)的管路室等。

圖1所示為二系列整流柜的防弧隔板圖示：

3.更換柜內(nèi)的小線

因?yàn)樵谡鞴竦亩涡【€可能會引起安全事故，影響整體運(yùn)行，所以將整流柜中的交流母線跟操作過電壓的連接導(dǎo)線更換為耐高壓、耐高溫、阻燃性能好等優(yōu)點(diǎn)的高壓線。

4.將過電壓操作裝置移位、換型

把操作過電壓吸收設(shè)備轉(zhuǎn)移到柜外，安裝在整流柜兩邊，避免出現(xiàn)整流爆炸現(xiàn)象，同時(shí)將操作過電壓的吸收裝置改換為干式自愈式電容器。

5.換相過電壓吸收裝置移位

為了滿足換相的吸收，將整流柜中的換相過電壓吸收設(shè)備調(diào)至柜外，將其設(shè)置在整流柜的面板上，同時(shí)還可以增加散熱性能，減少了機(jī)械的破壞阻力，提高了美觀度。

6.保護(hù)方面

（1）避免事故的進(jìn)一步增大，需要購置一臺專門化的逆流保護(hù)設(shè)備，當(dāng)點(diǎn)解系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)可以快速供電，并測試設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)為保護(hù)低檔位下整流變壓器的靈敏度，需要增加反時(shí)限過流保護(hù)設(shè)備，避免在保護(hù)中出現(xiàn)漏洞。

（2）為避免離極故障導(dǎo)致電解槽出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象，或者對整流柜產(chǎn)生巨大的元件損害和沖擊，需要增加離極保護(hù)裝置，能迅速切斷系統(tǒng)中220KV側(cè)的開關(guān)，防止事故的進(jìn)一步發(fā)展。同時(shí)要增加一個(gè)總停開關(guān)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常和事故時(shí)，可以第一時(shí)間通過手動(dòng)操作來切斷電源，避免事故區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大。

（3）為了提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的靈敏度和可靠性，在整流機(jī)組中需要加大弧光保護(hù)，減少大電流產(chǎn)生強(qiáng)磁場對保護(hù)程序造成的損害，因此可以通過添加電流閉鎖的裝置來達(dá)到保護(hù)的效果。

五、改造需要注意的問題

1.整流系統(tǒng)在改造前，必須要聯(lián)合整流器的制造商、設(shè)計(jì)人員和技術(shù)人員等制定有效的安裝方案，并對方案進(jìn)行分析和優(yōu)化，論證方案的有效性。同時(shí)要對整流機(jī)組進(jìn)行全面消缺，保證系統(tǒng)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，按照整流機(jī)組的情況將管理人員進(jìn)行分組，打造專業(yè)的管理團(tuán)隊(duì)，提高管理人員的技術(shù)水平和綜合素質(zhì)。

2.要想保證改造過程順利進(jìn)行，加快施工進(jìn)度，必須要制定科學(xué)化施工方案，嚴(yán)格按照方案進(jìn)行安裝施工，并且要安排專業(yè)人員進(jìn)行監(jiān)督和管理，加強(qiáng)對施工環(huán)節(jié)的監(jiān)控，層層把關(guān)，提高施工質(zhì)量，

六、結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，電解鋁行業(yè)的技術(shù)水平也在不斷發(fā)展，但現(xiàn)在的高電壓和高電流背景下，要想滿足行業(yè)的需要，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，就必須對整流系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行改造和優(yōu)化，消除不良因素，保證整個(gè)系統(tǒng)能夠安全、快速的運(yùn)行，提高運(yùn)行效率，增加企業(yè)效益。

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