淺析鋁電解用多功能機組絕緣檢測系統(tǒng)

孟曉寶

摘要：鋁電解用多功能機組因為其多項作業(yè)均需要與電解槽陽極母線等通有直流電的部位有直接接觸因此其各部位的絕緣就尤為重要，絕緣監(jiān)測系統(tǒng)可以有效的防止交直流短路、電解直流接地事故的發(fā)生，確保機組操作人員、設(shè)備和電解系列的安全。

關(guān)鍵詞：鋁電解用多功能機組；絕緣檢測儀；PLC；感應電壓；脈沖

中圖分類號：TF804.4 文獻標識碼：A

鋁電解用多功能機組主要肩負著完成鋁電解生產(chǎn)的打殼、加料、更換陽極、清理陽極坑、出鋁、調(diào)運陽極母線框架、完成安裝和檢修電解槽及其它零星吊運等工作，是集機械、液壓、氣動、電氣、自動控制等新技術(shù)于一體，是高科技含量的設(shè)備，對提高生產(chǎn)效率，減輕操作工人的勞動強度起到關(guān)鍵作用。其設(shè)計應能滿足鋁電解車間高熔鹽、大電流、強磁場、多粉塵和煙氣的工作環(huán)境，因為其多項作業(yè)均需要與電解槽陽極母線等通有直流電的部位有直接接觸因此其各部位的絕緣就尤為重要，一旦絕緣破壞將導致交直流短路、電解直流接地事故的發(fā)生，確保機組操作人員、設(shè)備和電解系列的安全。因此鋁電解用多功能機組絕緣檢測就要求不間斷、實時、當出現(xiàn)絕緣故障后需有警報，并強行禁止其繼續(xù)作業(yè)，以防止人員、設(shè)備和電解系列出現(xiàn)不安全狀態(tài)。

1 鋁電解用多功能機組絕緣檢測

鋁電解用多功能機組絕緣檢測包括絕緣電阻檢測和絕緣電壓檢測兩部分，其中絕緣電阻檢測主要對鋁電解用機組絕緣檢測點進行檢測包括：工具小車各工具對大車的絕緣，駕駛室對大車的絕緣，出鋁車對大車的絕緣，電動葫蘆對大車的絕緣等。絕緣電壓檢測主要針對機組上的電動機絕緣故障、電纜絕緣故障、機組作業(yè)工具的絕緣部位故障時進入機組電氣控制系統(tǒng)的AC/DC故障電壓的檢測。目前大多數(shù)鋁電解多功能機組只有絕緣電阻檢測而沒有絕緣電壓檢測。存在一定的安全隱患。

2 絕緣檢測原理

老式的絕緣監(jiān)察裝置是利用電橋平衡原理，正極和負極各作為電橋的一個臂，通過一定的電阻和大地接通，正常運行時，電橋的是個臂上的電阻是平衡的，對角之間無電壓，當正極或負極接地時，電橋不再平衡，對角之間有電壓，表計就可以有指示.根據(jù)接地的阻值不一樣，電橋不平衡的程度也不一樣，相應的表計的指示也不一樣.

現(xiàn)在的絕緣監(jiān)察裝置是由裝置發(fā)出一高頻信號.此信號一段通過一定的電阻與正負極接通，另一段通過電阻與大地接通，正常運行時，因正負極對地是不同的，所有，高頻信號形不成回路，當正極或負極接地時，高頻信號便形成了回路，接地的電阻不一樣，回路的電流也不一樣.采用DC/DC變換技術(shù)，產(chǎn)生直流高壓電源，施加在被試品上，采用電流電壓法測量原理，采集流經(jīng)試品的電流，進行分析處理，再變換成相應的絕緣電阻值，由模擬式指針表頭或數(shù)字表顯示。

目前國內(nèi)鋁電解生產(chǎn)主要使用PTM鋁電解用多功能機組、ECL鋁電解用多功能機組、兩種主用的多功能機組均采用機械絕緣進行物理絕緣，采用絕緣材料為環(huán)氧酚醛層壓玻璃布板、管或棒。它具有較高的機械性能和介電性能。加工后的零件，要求表面平整光滑并除油污，干燥后表面涂刷兩道絕緣漆。烘干后存放于干燥處，以防受潮。絕緣組件安裝包括：絕緣管、絕緣板、絕緣墊、螺栓、螺母及墊圈。其中絕緣管尺寸要比絕緣板或墊圈小1～2mm。下面主要以這兩種主要多功能機組的絕緣檢測系統(tǒng)進行說明鋁電解用多功能機組的絕緣檢測系統(tǒng)。

3 PTM機組絕緣檢測系統(tǒng)

某鋁業(yè)公司PTM鋁電解用多功能機組使用LCSP-ZG25型智能絕緣監(jiān)控電子控制裝置，用于在線實時監(jiān)控鋁電解多功能機組的各個功能部件間結(jié)構(gòu)金屬體間的絕緣是否良好的智能控制系統(tǒng)。

多功能機組在正常工作情況下，被絕緣層隔開的兩金屬體之間產(chǎn)生的感應電壓，由專用屏蔽測量線輸入到隔離傳感器，使其轉(zhuǎn)換成真有效值電壓信號，此信號經(jīng)放大限幅電路送人CPU進行A/D轉(zhuǎn)換，當兩金屬體之間絕緣層破壞導致兩金屬體短路，則兩金屬體之間的電位差為零，此時CPU中A/D轉(zhuǎn)換值為零，為防止其誤判斷CPU控制交直流電壓輸出控制器，將系統(tǒng)內(nèi)的交直流電壓輸出到絕緣體兩邊的金屬體上，如A/D轉(zhuǎn)換值仍為零，則證實兩金屬體之間的絕緣層損壞，絕緣檢測控制系統(tǒng)動作發(fā)出信號至PLC控制全車停止動作，并發(fā)出報警。

PTM多功能機組各功能部位的絕緣利用絕緣監(jiān)控電子控制裝置來實現(xiàn)檢測和自動保護功能，通過PLC及人機界面實現(xiàn)同絕緣檢測檢測控制系統(tǒng)的聯(lián)用，通過PLC的開關(guān)量輸入、輸出模塊對現(xiàn)場控制信號進行采集，在經(jīng)過PLC對程序輸入條件的運算，執(zhí)行遙控器發(fā)出的動作指令，當多功能機組絕緣系統(tǒng)破壞后由絕緣監(jiān)控電子控制裝置來實現(xiàn)檢測，檢測后發(fā)出信號至PLC中，由PLC控制實現(xiàn)停車和絕緣報警。同時為了便于檢修PLC將控制信號發(fā)送至人機界面。

4 ECL機組絕緣檢測

ECL機組的絕緣檢測系統(tǒng)由兩個系統(tǒng)SYSTEM1和SYSTEM2兩部分組通，其組成原件主要由絕緣電阻測控器、電壓測控器、保護熔斷器、機組電動機絕緣、機組動力電纜、控制電纜、網(wǎng)絡(luò)通信電纜的外層絕緣層、機組不同區(qū)域間的絕緣隔離部件和絕緣檢測系統(tǒng)的電纜絕緣層組成。由于整個機組絕緣檢測點較多不便于檢修人員檢修，ECL公司將電解用多功能機組劃分為A、B、C、D四個不同的區(qū)域，各功能部件按照所屬位置劃分為至不同的區(qū)域。

ECL機組絕緣檢測系統(tǒng)為在線連續(xù)檢測的工作方式，絕緣系統(tǒng)的檢測包括機組絕緣電阻檢測和機組故障電壓檢測兩個部分，其中，對絕緣電阻的在線檢測是利用ISOMETER AL465智能絕緣電阻測控器來實現(xiàn)的，故障電壓的檢測是通過電壓測量控制繼電器DUR2來實現(xiàn)的，主要進行機組的電動機絕緣故障、電纜絕緣故障、機組作業(yè)工具的絕緣部位故障時進入機組電氣控制系統(tǒng)的AC/DC故障電壓的檢測。

ISOMETER AL465對絕緣電阻的檢測采用“自適應測量脈沖檢測原理”即將一個低頻的電壓施加在被測系統(tǒng)上，超低電頻測量電壓產(chǎn)生的正、負測量脈沖具有相同的幅值，而該測量脈沖的周期則是隨著被測系統(tǒng)的絕緣阻值和泄露電容的不同而不同。當被檢測的兩個系統(tǒng)之間出現(xiàn)絕緣故障時，AMP絕緣電阻檢測電路形成閉合回路，此時檢測電路中將產(chǎn)生一個電流大小反比于被測系統(tǒng)絕緣電阻值得低頻電流，絕緣電阻的檢測進程開始啟動。然后經(jīng)過ISOMETER AL465內(nèi)置的智能電氣估算電路將該低頻信號放大、采樣、保存和A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，進一步局算出別冊系統(tǒng)的絕緣電阻值，發(fā)出報警或故障信號作用于PLC 。

當多功能機組發(fā)生絕緣破壞時PLC控制系統(tǒng)將強制多功能機組各個功能部件停止運行，只有大車可將控制通道打至旁通使大車能夠開至檢修位置，使維修人員能夠方便處理故障。只有維修人員處理好絕緣故障，絕緣檢測儀停止報警全車才能繼續(xù)作業(yè)，有力的保證了人員、設(shè)備的安全。

5 結(jié)束語

對多功能天車各個機構(gòu)絕緣層間加裝絕緣檢測裝置，實現(xiàn)對絕緣層的實時監(jiān)控，報警功能，并在控制系統(tǒng)中實現(xiàn)對天車整體及時保護動作，檢測準確，減少了檢修人員勞動強度和時間，提高了多功能天車的自動化功能，保證絕緣出錯時不會造成人員傷害、設(shè)備損壞，為多功能天車的正常運行提供了保障。

參考文獻：

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