淺談電解鋁供電整流系統(tǒng)的優(yōu)化改造

郭志民(中國(guó)有色金屬工業(yè)第六冶金建設(shè)有限公司,河南鄭州 450006)

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淺談電解鋁供電整流系統(tǒng)的優(yōu)化改造

郭志民
(中國(guó)有色金屬工業(yè)第六冶金建設(shè)有限公司,河南鄭州 450006)

【摘 要】隨著電解鋁行業(yè)的持續(xù)發(fā)展,電解供電整流系統(tǒng)也發(fā)生了巨大的變化。供電整流裝置的系列電流已經(jīng)由160KA發(fā)展到現(xiàn)在的500KA。在新的整流技術(shù)發(fā)展的同時(shí),對(duì)舊有的電解直流供電設(shè)備、整流設(shè)備、保護(hù)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化、更新和改造,以適應(yīng)電解工藝對(duì)直流供電的要求。為滿足新電解工藝的要求。對(duì)整流的裝置設(shè)備實(shí)施改進(jìn)與創(chuàng)新,以提升整流設(shè)備的技術(shù)水平與運(yùn)行效率,適應(yīng)體系的環(huán)境變化。

【關(guān)鍵詞】電解鋁 供電整流系統(tǒng) 優(yōu)化改造

1 電解鋁整流系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.1 耗電量大

電解鋁工業(yè)生產(chǎn)消耗很多的電能，素有“電老虎”之稱，即使現(xiàn)在較先進(jìn)的電解系列，其原鋁直流電耗最低也為12900kW·h/t·Al。

1.2 相對(duì)低的功率因數(shù)

電解鋁生產(chǎn)的供電系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備有調(diào)壓變壓器、整流變壓器與大功率整流元件，屬超大功率的電感性質(zhì)的設(shè)備，無(wú)功的消耗特別大，功率因數(shù)非常低。

1.3 供電可靠性要求高

因?yàn)殡娊怃X是一個(gè)連續(xù)生產(chǎn)的過(guò)程，所以要有相對(duì)高的供電可靠性。一旦有短時(shí)的停電情況出現(xiàn)，在恢復(fù)正常供電之后，在一定的時(shí)間內(nèi)電解鋁設(shè)備無(wú)法實(shí)施正常生產(chǎn)。一般來(lái)說(shuō)，電解鋁生產(chǎn)占電解鋁廠全部用電負(fù)荷率的96%左右，這就對(duì)安全供電有了更高的要求。

2 整流機(jī)組存在的不足

2.1 整流柜隔弧措施不完善

對(duì)近年來(lái)整流柜爆炸事故的因素分析，很多都是由于沒(méi)有完善的隔弧措施。當(dāng)整流柜同相逆并聯(lián)銅排發(fā)生短路時(shí)，其防弧隔板不能及時(shí)隔斷電弧，形成弧光短路，最終造成整流橋臂的熔融，并且因?yàn)殡妱?dòng)力的作用而變形。

2.2 保護(hù)設(shè)計(jì)問(wèn)題

沒(méi)有設(shè)置反向的過(guò)電流保護(hù)措施，缺乏逆流保護(hù)裝置。當(dāng)整流柜發(fā)生正負(fù)極短路時(shí)，由于巨大的短路電流形成的電弧和電動(dòng)力作用，往往造成整流橋臂嚴(yán)重變形，熔融，甚至整流柜崩塌，使故障機(jī)組無(wú)法修復(fù)。增加了電解生產(chǎn)的不安全性。

2.3 沒(méi)有完善綜合自動(dòng)化體系

智能測(cè)控裝置的抗干擾能力相對(duì)差，在較大的磁場(chǎng)環(huán)境中，有時(shí)會(huì)發(fā)生誤報(bào)警，還會(huì)發(fā)生死機(jī)的情況，降低了通訊的傳輸效率和功能。較落后的智能通訊管理器，無(wú)法滿足設(shè)備更新后的大量的數(shù)據(jù)傳輸，并且不能很好的完成對(duì)保護(hù)、監(jiān)測(cè)、操作的執(zhí)行。

3 對(duì)整流機(jī)組存在問(wèn)題改造

3.1 整流橋臂間的絕緣改造

整流柜主電路使用同相逆并聯(lián)對(duì)稱構(gòu)造，讓變壓器閥側(cè)到整流柜的巨型銅母線中的電流在瞬間都大小一樣，方向相反，使得其電流產(chǎn)生的磁通相互抵消，克服了交變磁場(chǎng)形成的附加感應(yīng)電勢(shì)對(duì)電流分配的影響，從而減少各部分線路的電抗。

圖1

但在同相逆并聯(lián)整流電路中，存在著一個(gè)不易解決的矛盾，即:同相逆并聯(lián)的二個(gè)整流臂間距愈小，漏磁通對(duì)其它整流橋臂和框架的影響也小。但常常受到絕緣強(qiáng)度的約束，尤其是較大系列的電解生產(chǎn)規(guī)模，系列電壓高達(dá)一千多伏。制造廠設(shè)計(jì)的同相逆并聯(lián)兩整流臂中間的直線間距往往不超過(guò)20mm，可以得到較好的同相逆并聯(lián)磁場(chǎng)平衡的結(jié)果。但在實(shí)際應(yīng)用中，存在下面隱患:

兩臂中間的連接構(gòu)造為確保有充足的機(jī)械強(qiáng)度，以抗拒電動(dòng)排斥力的沖擊，讓振動(dòng)噪聲減少，確保設(shè)備整體性，采用雙頭螺桿加絕緣套管和墊片把酚醛絕緣板和整流橋臂固定成一體。但由于整流橋臂非常重，是和整流柜的框架用絕緣材料固定在一起的，以防止在運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)松動(dòng)。所以就使得二橋臂中的酚醛絕緣板的固定較為困難，并且在整流柜的運(yùn)行中其振動(dòng)較大，如果固定不牢固，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的噪聲，其振動(dòng)還容易破壞螺絲外面的絕緣層，使其失去絕緣的作用。經(jīng)過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外相同產(chǎn)品的運(yùn)行資料，通過(guò)反復(fù)論證，改變了安裝辦法，在整流橋臂之間的酚醛絕緣板的兩側(cè)各增加一塊強(qiáng)度較高的橡膠絕緣塊，減少其振動(dòng)，降低絕緣板因長(zhǎng)期振動(dòng)可能對(duì)絕緣性能的破壞。如圖1所示。

3.2 逆流保護(hù)措施

在整流柜中引進(jìn)逆流保護(hù)裝置。當(dāng)整流元器件故障，發(fā)生交、直流短路或整流柜內(nèi)直流正、負(fù)母線之間短路時(shí)，其它正常運(yùn)行的橋臂和機(jī)組會(huì)向故障點(diǎn)饋送電流。逆流保護(hù)裝置即可以檢測(cè)出相反方向的電流，能在檢測(cè)出有逆流電流時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)和變壓器速斷的跳閘信號(hào)。其具體措施是:在每個(gè)整流元器件上、每個(gè)直流橋臂上和每個(gè)整流柜的直流輸出線母線上安裝容量匹配又合適的逆流檢測(cè)裝置，當(dāng)檢測(cè)到有相反方向電流流過(guò)時(shí)，可以直接向主控室給出整流柜機(jī)組跳閘信號(hào)和報(bào)警信號(hào)。斷開(kāi)整流機(jī)組開(kāi)關(guān)，停止向變壓器供電，防止事故擴(kuò)大。

3.3 升級(jí)14口CEIEC-1280智能通信管理器,使用24口PMC-1380智能通信管理機(jī)

在整流供電的自動(dòng)化智能通信管理中，由于設(shè)備的更新?lián)Q代，使得14口CEIEC-1280智能通信管理器在自動(dòng)化管理中無(wú)法滿足整流設(shè)備的快速發(fā)展。而PMC-1380是基于成熟的嵌入式通信軟硬件平臺(tái)，其實(shí)時(shí)性、可靠性較高?？梢詽M足供電系統(tǒng)的各類智能設(shè)備的通訊連接與數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電所內(nèi)斷路器、開(kāi)關(guān)等設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、整定、監(jiān)視和其通訊狀態(tài)和信息的傳輸。確保數(shù)據(jù)鏈傳送的連續(xù)性、系統(tǒng)的可靠性。通信管理機(jī)PMC-1380背板上的串口，支持RS-485/232/422幾種串口模式選擇，即每個(gè)串口都能夠設(shè)置為RS-485串口、RS-232串口或RS-422串口，實(shí)施通信。這一功能解決了整流所內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備通信接口不統(tǒng)一的弊端，甩掉了所有的已淘汰了的，或是無(wú)法滿足整流所操作、監(jiān)控、通信的管理器，使通信構(gòu)造簡(jiǎn)單明了，并大大減少了故障發(fā)生的幾率，確保了整流所的供電穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

電解鋁目前正朝著大電流、高電壓、大系列方向發(fā)展，這就要求整流技術(shù)的發(fā)展要與之相適應(yīng)。但由于電力技術(shù)的特殊性，在滿足電解直流供電要求方面，需要更加慎重和科學(xué)。應(yīng)立足于現(xiàn)在的技術(shù)和裝備條件下，需要所有的技術(shù)人員，充分挖掘潛力，做好設(shè)備的升級(jí)改造，消除不安全因素，努力提高電解整流供電的安全和效率，增加企業(yè)效益。

參考文獻(xiàn):

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[2]楊運(yùn)川.電解鋁工藝中鈉冰晶石電解體系的影響因素[J].濕法冶金,2012(2):614-616.