某電解鋁廠整流器觸發(fā)控制同步信號改造

吳曉紅，周甫慶

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南昆明650051)

0 引 言

隨著電解鋁行業(yè)的快速發(fā)展，尤其是電解槽的大型化，對整流設備的安全可靠性要求也越來越高，而高可靠性的晶閘管和數(shù)字觸發(fā)電路的應用，因其具有低維護和高效率的特點，被越來越多用戶所選擇。由于同步信號的不穩(wěn)定易引發(fā)晶閘管整流機組跳閘，不但造成電解系列電流大幅波動，影響生產(chǎn)，同時也給電網(wǎng)安全運行帶來隱患。

依據(jù)某電解鋁廠多次由于同步信號的不穩(wěn)定引起整流機組故障跳閘情況，查找整流機組跳閘的原因，提出改造方案，從根本上解決由于同步信號的不穩(wěn)定引發(fā)晶閘管整流機組跳閘的問題，確保鋁電解生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。

1 晶閘管整流機組跳閘原因分析

1.1 工礦概述

某電解鋁廠電解系列直流電流320 kA。大型預焙陽極電解槽數(shù)172臺，其中正常工作168臺，備用4臺。電解槽槽平均電壓3．84 V，正常工作系列電壓約645．1 V，效應時的最高系列電壓為約715．1 V，系列電壓確定為850 V。配置6臺/套整流變壓器組和6套晶閘管整流裝置。

1.2 跳閘起因

該廠整流器觸發(fā)控制同步信號采用動力變壓器提供的三相380V電源作為同步信號，在2#～6#整流機組正式送電投入運行后的第3天，整流機組先后發(fā)生3次跳閘，通過對跳閘時交流錄波監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)在空壓機投切瞬間電壓波動很大;查看了上位機所有機組跳閘的相關報警和跳閘記錄，變電站綜合自動化系統(tǒng)上出現(xiàn)同步采樣的報警或跳閘信號，說明同步信號采樣異常。分析其原因為動力變壓器10 kV側帶有其它大功率負載(如空壓機)，大功率負載的投切，電壓的波動嚴重影響了同步信號的穩(wěn)定和晶閘管整流裝置的安全運行。

2 同步信號的改造方案

根據(jù)整流機組跳閘原因分析，決定對整流器觸發(fā)控制同步信號進行改造，將整流器的觸發(fā)控制同步信號，改由220 kV開關站220 kV母線上的220 kV/100 V電壓互感器備用繞組提供。具體改造方案如下:

2.1 同步信號電流計算

(1)采用線電壓158 V(相電壓91 V)作同步信號，輕載(91 V/11 mA)條件下，每只信號變壓器的容量為 91 ×0．011≈1．0 VA

(2)72只信號變壓器的容量為1．0×72≈72 VA

(3)每一相的輸入電流為72/3/91=0．27 A

2.2 電壓互感器電流計算

(1)220 kV/100 V電壓互感器二次容量為100 VA

(2)電壓互感器二次相電壓為57．7 V

(3)電壓互感器二次總容量為100 VA，每相輸出電流為 33．3/57．7=0．58 A

2.3 同步電壓信號匹配

由于前期是采用動力變壓器提供的三相380 V電源作為同步信號，各機組主電路和觸發(fā)脈沖信號之間對應的相位關系已經(jīng)完全確定。改由電壓互感器二次輸出電壓作同步信號，則要求電壓互感器輸出電壓的相位必須與動力變?nèi)嚯娫吹南辔煌耆恢?。實測動力變380 V電源和電壓互感器二次電壓信號相位，見圖1。

圖1 實測動力變380電源和電壓互感器二次電壓信號相位Fig.1 The measured secondary voltage signal phase of 380 V power supply and voltage transformer

因此，為了保證電壓互感器輸出電壓的相位和電壓幅值與現(xiàn)有觸發(fā)控制板上的同步信號變壓器相匹配，需要變更的部分包括:

(1)增設三相變壓器3臺(每臺對應2套整流機組，當1臺變壓器故障時，還能保證4套整流機組運行，確保電解生產(chǎn)的持續(xù)運行)，對電壓互感器輸出的同步電壓信號進行隔離、移相和升壓，以滿足觸發(fā)控制板對同步信號的要求。將整流柜內(nèi)現(xiàn)有的200 VA三相變壓器，作適當?shù)倪B接變更，即可以滿足要求，見圖2。

圖2 移向變壓器接線圖Fig.2 Wiring diagram of phase-shifting transformer

(2)更改觸發(fā)控制板內(nèi)同步電路輸入阻值，以滿足同步電壓信號幅值(220 V/91 V)變小以后同步信號不能失真的要求。

(3)在輸入電壓100 V條件下，實測得200 VA三相變壓器的空載電流，見表1。其值不足1 mA，可以忽略不計。電壓互感器輸出容量(100 VA/0．58 A)可以滿足觸發(fā)控制板內(nèi)全部72只信號隔離變壓器(0．27 A)的要求。

表1 三相變壓器的空載電流Tab.1 No-loading current of three-phase transformer

2.4 電壓切換

該項目220 kV開關站主結線采用帶母聯(lián)斷路器的雙母線接線，因此，220 kV母線上電壓信號應根據(jù)系統(tǒng)運行方式進行切換。設置一臺電壓切換裝置，單電源供電時取相應電源母線PT電壓信號，雙電源供電時取I段電源母線PT電壓信號。具體電壓切換原理見圖3。

圖3 電壓切換原理圖Fig.3 Schematic diagram of voltage switching

3 結 語

通過對晶閘管整流機組跳閘進行分析研究，提出了相適應的整改措施，改造后采用220 kV I/II段母線PT備用繞組經(jīng)電壓切換后取同步信號，不受動力負荷波動的影響。經(jīng)過改造徹底消除了由于同步信號的不穩(wěn)定引起整流機組跳閘的現(xiàn)象，避免了嚴重威脅生產(chǎn)安全和電網(wǎng)穩(wěn)定運行的不良因素，同時為電解鋁企業(yè)類似問題提供了技術借鑒，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行起到積極作用。

［1］張全元．變電運行現(xiàn)場技術問答［M］．北京:中國電力出版社，2009．

［2］劉懺斌，等．硅整流所電力設計［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，1983．