頑固性鋁電解槽系列零點(diǎn)漂移問題的探討

柯旬勇，袁利燁，段慧琴

（1.青海西部水電有限公司，青海 民和 810800；2.青海高原有色金屬研發(fā)有限公司，青海 西寧 810007）

1 概述

本文通過詳細(xì)介紹青海西部水電有限公司二期電解鋁420KA電解槽的設(shè)計(jì)參數(shù)及采取的有效措施，將系列頑固性直流接地問題成功解決、消除，最終系列接地電壓處理至15V左右（安全電壓范圍內(nèi)），取得了一定的成績和經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)寫出來與同行進(jìn)行分享和探討[1]。

2 頑固性直流接地問題現(xiàn)狀調(diào)查

鋁電解槽供電方式是一種特殊的不接地直流供電系統(tǒng)，通過系列母線的電解槽構(gòu)成回路。

（1）由于受420KA電解槽設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)限制，西部水電有限公司二期電解鋁420kA電解系列南北廠房（電解三、四車間）各136臺電解槽，直流電通過動力車間二期整流變壓器和整流機(jī)組進(jìn)入生產(chǎn)系列，4501#槽為進(jìn)電端、3101#槽為出電端形成一個回路[2]。正常情況下，系列母線和電解槽等部位絕緣良好時，用1000VA絕緣電壓表測量時（要求絕緣電阻超過5MΩ以上），電解系列母線的零點(diǎn)，即系列母線上電位對大地電壓為零，一般在4834#和3434#電解槽之間母線上[3]。

（2）但在鋁電解正常生產(chǎn)中，系列母線零點(diǎn)漂移情況經(jīng)常發(fā)生，表1為西部水電有限公司二期電解鋁420kA電解系列電解槽測量單臺電解槽對地電壓值：通過測量數(shù)據(jù)可以得出，3225#電解槽對地電壓最接近0V，所以，420kA系列電解槽零點(diǎn)已經(jīng)漂到3225#附近。

表1 某次測量各槽母線對地電壓值，V

注：4501-4534、4601-4634、4701-4734、4801-4834為南廠房（電解四車間），3101-3134、3201-3234、3301-3334、3401-3434為北廠房（電解三車間）

3 原因分析

直流接地的主要原因是系列母線和電解槽由于絕緣損壞接地引起，通常是多個接地點(diǎn)共同作用的結(jié)果。具體常見的接地點(diǎn)位置、接地方式也是多種多樣，表現(xiàn)的原因也是五花八門[4]。通過對西部水電公司二期420kA電解系列頑固性接地問題的排查，總結(jié)出現(xiàn)場接地原因主要表現(xiàn)在：

（1）引起電解槽系列接地的因素比較復(fù)雜，如母線與電解槽支撐處絕緣損壞、槽殼與地坪接觸、電解槽打殼系統(tǒng)絕緣損壞、下料管絕緣損壞、煙道絕緣損壞、槽殼四周同管道接地點(diǎn)與母線（含槽體、支撐槽體的鋼件等）碰觸、母線支撐處絕緣損壞等等，能使母線和電解槽與大地構(gòu)成通路，都會造成電解系列接地。

（2）西部水電有限公司二期電解鋁420kA電解系列長期存在頑固性接問題，直流接地電壓居高不下，均會導(dǎo)致電解槽電能損耗增加和供電的安全隱患，接地現(xiàn)象頻繁，而且實(shí)際生產(chǎn)中多處接地的現(xiàn)象并存。

（3）接地方式：電解槽及系列母線由于供電是一種不接地的直流供電系統(tǒng)方式，其接地情況可歸為下列兩種情況。

①整個系列母線和電解槽只有一處接地，但其接地后系列母線供電系統(tǒng)與大地并不會形成回路，故也就不可能有電流流入大地，這種接地只會引起系列母線的電位零點(diǎn)移動，即零點(diǎn)漂移。②在實(shí)際生產(chǎn)中，系列母線及電解槽的接地點(diǎn)一般是多個接點(diǎn)并存，其零點(diǎn)的位置是由各個接地點(diǎn)共同作用的結(jié)果。因此在實(shí)際中經(jīng)常遇到零點(diǎn)漂移后，在零點(diǎn)所在的電解槽或系列母線上，并沒有找到或發(fā)現(xiàn)有接地點(diǎn)，但很可能在相鄰的電解槽上找到接地點(diǎn)。

4 采取的措施

根據(jù)以上接地原因的分析，對于西部水電公司420kA直流系列頻繁、頑固性接地的狀況，公司制定以下處理措施，并有序開展420kA直流系列接地處理的工作，解決420kA直流系列接地的安全隱患。

4.1 人員組織措施

成立電解三、四車間工作分隊(duì)，每個工作分隊(duì)下設(shè)兩個工作小組，每名組員完全具備接地排查工作的安全保護(hù)、技術(shù)操作能力，要求人員必須固定，分工明確并定責(zé)。全面清理每一處絕緣部位的雜物，并檢查每一處絕緣部位的絕緣部件是否完整可靠，對于不可靠的絕緣件詳細(xì)記錄其位置和規(guī)格型號以提高更換絕緣件的工作效率。

4.2 安全措施

接地排查作業(yè)人員必須進(jìn)行專項(xiàng)安全教育培訓(xùn)，隱患排查工作開展前須辦理工作票，并嚴(yán)格落實(shí)票面安措。

（1）隱患排查、處理工作中須穿戴齊全合格的勞動保護(hù)用品（眼面罩、絕緣手套、絕緣靴）。高處作業(yè)時須佩戴系掛安全帶，使用扶梯時必須底部留人扶穩(wěn)扶梯，并做好防接地絕緣措施。作業(yè)過程中須指派專人進(jìn)行監(jiān)護(hù)，并在工作票安措中寫明監(jiān)護(hù)人姓名，監(jiān)護(hù)人員熟悉接地隱患排查安全技術(shù)注意事項(xiàng)。排查處理接地隱患時，不得徒手操作，須使用絕緣工具（干效應(yīng)棒、膠木棒等），拆卸煙管等部件螺絲時，必須對扳手進(jìn)行絕緣處理或?qū)χ苓吔饘俨考M(jìn)行絕緣隔離。操作人員嚴(yán)禁打開風(fēng)格板直接踩踏母線操作，必要時須鋪設(shè)絕緣膠皮。電解槽周邊穿行時，須將工器具置于胸前位置，防止在行動、操作過程工器具與鋼柱、橋架等部位相接處導(dǎo)致短路、傷人。

（2）操作時不得用鐵質(zhì)（導(dǎo)電）工器具將電解槽與地坪、風(fēng)格板、相鄰電解槽、廠房鋼結(jié)構(gòu)相接觸。車間出鋁作業(yè)時兩車間相對應(yīng)的工區(qū)應(yīng)錯開出鋁時間，尤其是一工區(qū)、五工區(qū)、二工區(qū)、六工區(qū)，當(dāng)班負(fù)責(zé)人應(yīng)相互溝通協(xié)調(diào)好，嚴(yán)防接地電壓過高出鋁時抬包同時接地出現(xiàn)放炮打火現(xiàn)象，造成人員傷亡和設(shè)備損壞。槽上部更換氣缸或添加氟化鋁時嚴(yán)禁使用鋼絲吊繩，必須使用絕緣吊帶，防止天車與電解槽接觸，發(fā)生短路。天車爬梯扶手加裝絕緣或天車工上、下爬梯時必須戴絕緣手套。嚴(yán)禁天車工、檢修維護(hù)人員從槽上部上下天車或檢修。嚴(yán)禁將任何工器具放置在風(fēng)格板上或電解槽附近，應(yīng)及時擺放在工器具指定位置。電解操作工將大鉤或其它鐵質(zhì)（導(dǎo)電）工器具在電解槽與地坪之間縫隙處校正。槽間使用工器具時與立柱母線連接，更不許工器具同時連接相鄰立柱母線。預(yù)熱工器具時將工器具一頭直接放置于出鋁口，另一頭放置于水平地面。

4.3 技術(shù)措施

按照位置劃分為兩部分，即以電解廠房的平臺為界限，電解平臺下沿以上（含電解平臺下沿）為B部分，電解平臺下沿（不含電解平臺下沿）以下為另A部分。

（1）技術(shù)操作要求：每處絕緣件四周（包含絕緣件四周的縫隙、孔洞等）必須進(jìn)行全面清理，與其他部位緊密接觸無法清理的位置除外，全面清理后的標(biāo)準(zhǔn)：絕緣件周圍無任何雜物。對于絕緣件有損壞的也要全面清理，達(dá)到絕緣件周圍無任何雜物的標(biāo)準(zhǔn)，并在清理后詳細(xì)記錄損壞的絕緣件的位置和規(guī)格型號，在當(dāng)日工作結(jié)束后以書面形式總結(jié)，對于能移動的絕緣套管必須在清理過程中將能移動后裸露部位完全清理干凈。

（2）工作中針對每臺電解槽開展全面清理工作，每臺電解槽按先B部分后A部分逐臺整體排查并保持全面清理結(jié)果；同時次日工作開始時對前一日工作交匯處電解槽進(jìn)行復(fù)查，確保工作質(zhì)量。

4.4 其它要求

動力車間主控室密切關(guān)注直流系列接地變化情況，在出現(xiàn)電解系列電壓沒有大的變化，而電解三、四車間電壓有變化時及時通知車間，并在當(dāng)班工作日志中詳細(xì)記錄接地電壓變化情況。動力車間主控室發(fā)現(xiàn)電解系列電壓明顯增大，且持續(xù)時間超過5分鐘時，應(yīng)主動向計(jì)算機(jī)站機(jī)房詢問是否有陽極效應(yīng)，并在當(dāng)班日志中記錄清楚。

5 取得的效果

針對頑固性接地實(shí)際情況分為二階段進(jìn)行，取得了一定結(jié)果，最終將二期420kA電解系列接地電壓處理至規(guī)定范圍的50v范圍內(nèi)。

（1）第一階段即基礎(chǔ)設(shè)施排查階段，按《電解420kA直流系列接地處理方案》，在勞保佩戴齊全、安全措施到位的情況下，先對“B部分”位置進(jìn)行清理和吹掃，把槽周鐵絲、金屬雜物、鐵屑、鋁母線之間夾雜的雜物（電解質(zhì)塊、鋁塊等）進(jìn)行處理，針對絕緣磚破損、角鋼移位和軟帶母線搭接等現(xiàn)場能處理的主動處理。①排查中已發(fā)現(xiàn)并處理事項(xiàng)有：金屬搭接、風(fēng)格板角鋼與槽體過近、短路口軟帶與母線過近、出鋁口L型絕緣磚更換、母線粘接的鋁塊、電解質(zhì)塊。②排查中發(fā)現(xiàn)的問題，組織專人進(jìn)行處理。檢查發(fā)現(xiàn)的主要問題有：風(fēng)格板角鋼支撐絕緣轉(zhuǎn)破損和缺失、風(fēng)格板角鋼與槽體過近、槽下各支撐點(diǎn)絕緣轉(zhuǎn)缺失、松動和移位、短路口軟帶和立柱母線距離過小、短路口軟帶開焊、煙道端槽周母線固定螺桿套管燒黑焦化、出鋁端L型絕緣轉(zhuǎn)破損缺失、水泥地坪上鋼筋外露、母線上鋁渣粘接、風(fēng)格板與立柱母線距離過小。③電解槽槽上部煙管與C型角鋼接觸，車間安排槽維班進(jìn)行切割處理，對槽下所有伸縮縫處的鐵皮進(jìn)行拆除處理。各工區(qū)出鋁端和煙道端風(fēng)格板角鋼支撐鋼板與槽體距離過小，需處理，車間計(jì)劃將支撐鋼板上的絕緣磚掉頭，使小面朝向槽體，目前車間制定處理進(jìn)度表，按進(jìn)度進(jìn)行處理，由于量較大，有28臺必須將母線兩側(cè)的固定螺桿拆除，才能放置硅酸鹽石棉板，已經(jīng)全部處理完畢。

（2）第二階段為重點(diǎn)排查、處理階段，由于多點(diǎn)接地，接地電壓仍然飄忽不定，第二階段在通過測量對接地周圍的電解槽重點(diǎn)進(jìn)行了排查。①計(jì)算和測量：先通過接地電壓的大小計(jì)算出零點(diǎn)接地的大概位置，再用萬用表測量零點(diǎn)位電解槽，萬用表一根線連接在短路口母線上，另一根線連接在廠房鋼架上，通過前后幾臺電解槽的測量確定零點(diǎn)位的電解槽，重點(diǎn)對這臺電解槽前后幾臺電解槽進(jìn)行接地電壓的查找。②排查重點(diǎn)：槽上：先對槽周金屬雜物進(jìn)行撿拾，重點(diǎn)是短路口處，用效應(yīng)棒或絕緣板將短路口處的料塊、鐵屑等雜物進(jìn)行清理，再將槽周風(fēng)格板角鋼與槽體距離較近的撬開。然后將電解槽前后的小風(fēng)格板揭開，并將松動的L型絕磚取下，最后用風(fēng)管將磚縫間的鐵屑和母線與地坪等部位進(jìn)行仔細(xì)吹掃。槽下：先對水泥柱與母線和槽體的接觸點(diǎn)進(jìn)行清理，重點(diǎn)仍然是短路口、過橋母線、槽周母線固定螺桿處、水泥柱上的金屬雜物、料塊、鐵屑等的清理，最后用風(fēng)管對這些部位進(jìn)行仔細(xì)吹掃。煙管和料管：對槽上煙管、料管進(jìn)行了絕緣測量，測量點(diǎn)有：短路口母線對廠房鋼架、短路口母線對四個拉桿、短路口母線對煙管、短路口母線對料管、短路口母線對各風(fēng)管，通過測量發(fā)現(xiàn)主要是拉桿與煙管連接處的絕緣套管不絕緣，共計(jì)約有60處，進(jìn)行了全面處理。對通道槽下母線周圍進(jìn)行了吹掃，并利用學(xué)習(xí)班的時間，各工區(qū)將電解槽前后的小風(fēng)格板打開進(jìn)行吹掃，盡可能消除多點(diǎn)接觸現(xiàn)象。

表2 零點(diǎn)漂移的處理統(tǒng)計(jì)表

（3）效果分析：通過上述措施的處理，接地電壓基本得到了消除，接地電壓消除情況（表2）。

6 結(jié)語

電解槽系列母線的零點(diǎn)漂移的程度與其接地點(diǎn)綜合因素作用的結(jié)果，鋁電解槽及系列母線的接地現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行處理。西部水電公司在解決420kA電解系列直流接地問題時主要做了如下工作，取得了較好的效果。

（1）基礎(chǔ)設(shè)施認(rèn)真排查、統(tǒng)計(jì)、消缺，首先為消除接地問題創(chuàng)造條件。

（2）通過接地電壓測量，劃定區(qū)間范圍，對接地周圍的電解槽重點(diǎn)進(jìn)行了排查、處理。

（3）對于多點(diǎn)接地，接地電壓飄忽不定，說明基礎(chǔ)設(shè)施的接地問題還需要重新認(rèn)真做下去，才能為查找一點(diǎn)接地和徹底消除接地工作奠定基礎(chǔ)。

（4）在實(shí)際中，只要充分了解電解槽接地其中的原因和現(xiàn)象機(jī)理，加強(qiáng)防范措施，發(fā)現(xiàn)問題和隱患，及時處理，就一定能解決零點(diǎn)漂移的現(xiàn)象發(fā)生，確保鋁電解槽供電系統(tǒng)平穩(wěn)性、安全性、可靠性、節(jié)能性運(yùn)行。