新型不停電停、開槽技術(shù)在鋁電解生產(chǎn)中的應(yīng)用實踐

李景慧，高艷軍，馮志波

（內(nèi)蒙古霍煤鴻駿鋁電公司，內(nèi)蒙古 霍林郭勒 029200）

大型鋁電解系列電流大、槽臺數(shù)多，當(dāng)其中1臺電解槽需要技改維修停槽或開槽時，傳統(tǒng)的方法是系列停電或大幅度降低負(fù)荷進(jìn)行操作，這樣均會使電流出現(xiàn)大幅度波動，不僅造成鋁產(chǎn)量減少、電流效率降低、電能消耗增加，還會使正常生產(chǎn)槽熱平衡遭到破壞、CO2等有害氣體及有害廢棄物排放量增加、電解槽壽命縮短及供電設(shè)備故障率升高，可謂是牽一發(fā)而動全身。2020年，霍煤鴻駿鋁電公司采用了新型不停電停、開槽技術(shù)，實現(xiàn)了在系列全電流狀態(tài)下進(jìn)行停、開電解槽操作，因停、開槽導(dǎo)致系列降負(fù)荷減少為零。此技術(shù)的成功應(yīng)用，公司每個電解系列每年可減少因技改電解槽造成的系列降負(fù)荷60～100次，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益十分顯著。

新型不停電停、開槽技術(shù)經(jīng)過長期的使用，其先進(jìn)性特別是安全、可靠性得到了充分的驗證，將在今后的電解生產(chǎn)中得到充分的應(yīng)用。本文結(jié)合我公司的應(yīng)用情況對新型不停電停、開槽技術(shù)予以論述。

1 新型不停電停、開槽技術(shù)的原理和實現(xiàn)的功能

1.1 技術(shù)原理

新型不停電停開槽技術(shù)是通過多臺開關(guān)安裝在電解槽的立柱和短路塊之間（或電解槽的陰、陽極之間），建立與預(yù)停（或開）電解槽并聯(lián)的分流回路，在其分流作用下，使電解槽電壓降低到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全范圍內(nèi)（＜0.8V），然后連通或斷開短路塊與立柱的連接，實現(xiàn)單臺電解槽的停槽或開槽。一般開關(guān)的數(shù)量等于電解槽立柱的數(shù)量，并由同一臺控制柜控制其同步分?jǐn)嗷蜷]合。不停電停開槽的原理見圖1。

圖1 不停電停開槽原理圖

1.2 基本功能

（1）分流功能：整套設(shè)備與電解槽并聯(lián)運行，利用其良好的導(dǎo)電性能，可分流電解槽電流80%以上，使槽電壓穩(wěn)定保持0.8V以下的安全操作范圍。

（2）帶載通斷大電流功能：可承擔(dān)系列電流的接通和斷開。

（3）同步動作功能：多臺開關(guān)接入電解槽母線系統(tǒng)后，承擔(dān)較大的電流。為防止電流偏向某一臺開關(guān)造成設(shè)備過載，多臺開關(guān)需同步動作，同步誤差一般小于20mS。

（4）滅弧功能：開關(guān)內(nèi)部采用多點逐級滅弧技術(shù)，并設(shè)置了獨立的滅弧機(jī)構(gòu)，使電流平穩(wěn)過渡，保護(hù)主觸頭不受損傷。

（5）全面的安全保護(hù)功能：包括同步動作檢測與控制、通流時間管理和報警、異常電壓檢測等。

1.3 主要結(jié)構(gòu)

整套裝置主要包括6臺開關(guān)和1臺控制柜，開關(guān)的結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

控制系統(tǒng)采用PLC控制技術(shù)和觸摸屏技術(shù)，能夠同時控制多臺開關(guān)同步分、合閘或單臺開關(guān)分、合閘操作，可方便地觀察分、合閘電壓、線路故障狀態(tài)、開關(guān)開、合狀態(tài)等。還可以通過畫面管理系統(tǒng)，查詢歷史記錄，分、合閘次數(shù)等，以便對產(chǎn)品進(jìn)行保養(yǎng)和定期的維護(hù)。

控制系統(tǒng)由控制單元、變壓整流單元、充放電單元、檢測單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成，可同時輸出6路控制信號和控制電源，可同時控制6臺開關(guān)同步動作。

控制柜的結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 控制柜外部結(jié)構(gòu)示意圖

2 新型不停電停、開槽裝置的應(yīng)用

霍煤鴻駿鋁電公司于2020年11月首次應(yīng)用新型不停電停開槽裝置進(jìn)行了400kA電解槽的通電操作，通電槽采用焦粒焙燒方式，安裝銅質(zhì)分流片。現(xiàn)不停電開槽裝置暫時只應(yīng)用于電解槽通電操作，以下主要簡述不降負(fù)荷開槽作業(yè)應(yīng)用。

3.1 新型不停電停開槽裝置的安裝

3.1.1 壓接面的處理

開關(guān)與電解槽立柱的連接位置用角磨機(jī)磨去表面的氧化層，打平表面凸出不平處，用壓縮空氣吹干凈短路塊表面及壓接面的灰塵。

3.1.2 開關(guān)的安裝

把開關(guān)吊運到電解槽立柱旁，適當(dāng)調(diào)整位置，使外連接分別與電解槽立柱及短路塊壓接面接觸并對齊，用夾具把軟連接分別緊固在立柱和短路塊對應(yīng)位置。注意夾具要頂緊，不能有松動，否則會使壓接部位出現(xiàn)高溫，甚至出現(xiàn)電弧。

把控制柜放置在離電解槽端頭3米以外的地方，用專用的控制電纜把控制柜和開關(guān)連接?？刂乒褚袑Ｂ毑僮魅藛T看護(hù)，至拆除前嚴(yán)禁任何物體碰撞，除專職操作人員外，其他人員嚴(yán)禁操作。

3.2 通電槽分流片的選擇和安裝

通電焙燒槽采用焦粒焙燒法，具有時間短、效率高、升溫均勻、保護(hù)陰極延長電解槽壽命的優(yōu)點。為避免焙燒槽升溫過快，需要安裝分流片，在焙燒初期階段，有一部分電流被分流，通過拆除分流片，控制焙燒槽電壓。使用不停電開槽裝置，通電時不需要降負(fù)荷，為了控制沖擊電壓和通電后電壓升幅，要對安裝分流片的數(shù)量進(jìn)行核定。公司400kA系列采用截面為200mm×4mm的銅質(zhì)分流片，采用“陽極大母線-立柱母線”和“陽極大母線-陰極母線”方式安裝，為保證通電瞬間沖擊電壓低于5V、通電后電壓升幅小于3.5V，要選擇合適的分流片數(shù)量，并且保證分流片安裝質(zhì)量。400kA系列使用不停電開槽裝置開槽電解槽分流片安裝數(shù)量和電壓情況見表1。

表1 使用不停電開槽裝置開槽電解槽

通過上表數(shù)據(jù)對比，使用不停電開槽裝置開槽，分流片安裝數(shù)量應(yīng)不少于30片，以保證電解槽通電安全。

3.3 不停電開槽操作

首先確認(rèn)電解槽陰、陽極之間已通過焦粒連通，分流片、軟連接安裝正常，并確保電解槽在瞬間通入全部電流后，槽電壓不高于開關(guān)的最高工作電壓（15V）。

把開關(guān)和控制柜按要求安裝到位，控制柜接通電源，把轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到充電位對控制單元進(jìn)行充電，待分、合閘按鈕指示燈點亮?xí)r按下合閘按鈕，使6臺開關(guān)同步閉合，此時開關(guān)上的觸頭分、合閘指示燈由紅變綠，表示開關(guān)閉合到位。以上確認(rèn)無誤后，松開短路口螺栓，向外拉開短路塊使其與立柱脫離并保持10mm左右的間隙，在此間隙中插入臨時絕緣插板，6處短路口均按此操作完成并確認(rèn)無誤后，按下控制柜上的分閘按鈕，6臺開關(guān)同步分閘，此時電解槽開槽通電完成。

3.4 操作時的注意事項

由于短路口是在帶電狀態(tài)下打開的，操作不當(dāng)可能會產(chǎn)生火花，操作時要戴好面罩及其它保護(hù)用品保護(hù)好臉部、手部等身體裸露的部位，在打開短路口的瞬間，臉部不要正對短路口。

短路口全部斷開并插入絕緣板后，應(yīng)檢測短路口螺栓與立柱之間的絕緣，不符合要求時，應(yīng)立即進(jìn)行處理。需要長時間處理時，應(yīng)把短路口重新合上，處理好后再次斷開短路口。

3 應(yīng)用效果

400kA系列已應(yīng)用新型不停電停開槽技術(shù)成功停、開電解槽7臺，均在系列全電流狀態(tài)下完成操作，未出現(xiàn)系列電流波動現(xiàn)象，短路口操作安全、有序，達(dá)到了預(yù)期效果。電解槽通電沖擊電壓最高2.91V，通電后運行中，電解槽電壓升幅最高3.41V，均在規(guī)程規(guī)定的安全范圍內(nèi)，操作時短路塊無明顯打火現(xiàn)象，技術(shù)的安全性和可靠性得到了充分的驗證。

新型不停電停開槽技術(shù)全面應(yīng)用后，按技改槽啟動數(shù)量200臺/年計算，每年可減少系列停電或大幅度降低負(fù)荷200余次，避免系列降負(fù)荷100小時左右，僅此可多產(chǎn)原鋁1萬多噸，還能夠避免因降負(fù)荷導(dǎo)致常槽電流效率降低和效應(yīng)系數(shù)增加，提高電解槽及供電設(shè)備運行的平穩(wěn)性，延長電解槽壽命，對企業(yè)節(jié)能增效具有重大意義。